一.PID各參數(shù)的作用
先談?wù)劚壤饔肞, 比例調(diào)節(jié)器實(shí)際上就是個(gè)放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，即:
△P=Kce
式中:Kc---比例增益，Kc既可大于1，也可小于1;
e---調(diào)節(jié)器的輸入，也就是測量值與給定值之差，又稱為偏差。
要說明的是，對于大多數(shù)調(diào)節(jié)器而言，都不采用比例增益Kc作為刻度，而是用比例度來刻度，即δ=1/Kc*100%. 也就是說比例度與調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)的倒數(shù)成比例;調(diào)節(jié)器的比例度越小，它的放大倍數(shù)越大，它把偏差放大的能力越大，反之亦然。
明白了上述關(guān)系，在參數(shù)整定中，就可知道比例度越大，調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)越小，被控溫度曲線越平穩(wěn)，比例度越小，調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)越大，被控溫度曲線越波動。
比例調(diào)節(jié)有個(gè)缺點(diǎn)，就是會產(chǎn)生余差，要克服余差就必須引入積分作用。
dlr再談?wù)劮e分作用I，調(diào)節(jié)器的積分作用就是為了消除自控系統(tǒng)的余差而設(shè)置的。所謂積分，就是隨時(shí)間進(jìn)行累積的意思，即當(dāng)有偏差輸入e存在時(shí)，積分調(diào)節(jié)器就要將偏差隨時(shí)間不斷累積起來，也就是積分累積的快慢與偏差e的大小和積分速度成正比。只要有偏差e存在，積分調(diào)節(jié)器的輸出就要改變，也就是說積分作用總是起作用的，只有偏差不存在時(shí)，積分才會停止。
積分時(shí)間Ti是積分速度I的倒數(shù)(Ti=1/I)，積分時(shí)間長，積分速度就小，即偏差隨時(shí)間累積的速度就小。調(diào)節(jié)器的積分單位，有的是按“分/重復(fù)”刻度，稱為積分時(shí)間;有的則用“次數(shù)/分”刻度，稱為積分增益。它們互為倒數(shù)關(guān)系。要記住的是:增加積分時(shí)間或降低積分增益，會使積分作用強(qiáng)度降低，反之亦然。
積分調(diào)節(jié)很少單獨(dú)使用，通常與比例調(diào)節(jié)一起使用。即調(diào)節(jié)器的輸出如下:
△P=Ke+△Pi
式中:△P---調(diào)節(jié)器輸出值的變化;
Ke---比例作用引起的輸出;
△Pi--積分作用引起的輸出。
*后dlr談?wù)勎⒎肿饔肈，微分作用主要是用來克服被控對象的滯后，常用于溫度控制系統(tǒng)。除采用微分作用外，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)還要注意到測量和傳送的滯后問題，如溫度測量元件的選擇和安裝位置等等。
為了認(rèn)識微分作用，我們先來看看手動操作過程，假設(shè)有一工藝參數(shù)在變化，操作工dlr發(fā)現(xiàn)這個(gè)參數(shù)上升較快，估計(jì)很快就會有比較大的偏差，這時(shí)，操作工dlr就會過多的打開閥門來克服這個(gè)預(yù)期的偏差，這種估計(jì)及提前開大閥門的超前行為，就是微分動作。微分作用就是模仿了操作工dlr的這一操作，因此有人又稱微分作用為“超前調(diào)節(jié)”。
自控中所指的微分與數(shù)學(xué)上的微分在概念上是有區(qū)別的，自控所指的微分實(shí)際上就是變化率。在常規(guī)PID調(diào)節(jié)器中，微分作用的輸出變化與微分時(shí)間和偏差變化的速度成比例，而與偏差的大小無關(guān)，偏差變化的速度越大，微分時(shí)間越長，則微分作用的輸出變化越大。但如果微分作用過強(qiáng)，則可能由于變化太快而由其自身引起振蕩，而使調(diào)節(jié)器輸出中產(chǎn)生明顯的“尖峰”或“突跳”。為了避免這一擾動，在數(shù)字調(diào)節(jié)器和DCS中可使用微分先行PID運(yùn)算規(guī)律，即只對測量值PV進(jìn)行微分，這樣，當(dāng)人工改變調(diào)節(jié)器的給定值SP時(shí)，不會造成調(diào)節(jié)器輸出的突變，從而避免了改變SP的瞬間給控制系統(tǒng)帶來的附加擾動。如TDC-3000, 則在常規(guī)PID算法中增加一個(gè)軟開關(guān)，組態(tài)時(shí)供用戶dlr選擇調(diào)節(jié)器對偏差、還是測量值進(jìn)行微分。
當(dāng)輸入階躍信號后，微分器一開始輸出的*大變化值與微分作用消失后的輸出變化的比值就是微分放大倍數(shù)Kd，即微分增益,微分增益的單位是時(shí)間，設(shè)置微分時(shí)間(或者微分增益)為零會取消微分的功能。
為了方便記住比例、積分、微分三個(gè)作用，dlr抄錄一個(gè)很流行的順口溜如下：
[比 例] [積 分] [微 分]
比例調(diào)節(jié)器， 重定調(diào)節(jié)器， 說起微分器，
象個(gè)放大器。 累積有本領(lǐng)。 一點(diǎn)不神秘。
一個(gè)偏差來， 只要偏差在， 階躍輸入來，
放大送出去。 累積不停止。 輸出跳上去，
放大是多少， 累積快與慢， 下降快與慢，
旋鈕看仔細(xì)， 旋鈕看仔細(xì)。 旋鈕看仔細(xì)。
比例度旋大， 積分時(shí)間長， 微分時(shí)間長，
放大倍數(shù)低。 累積速度低。 下降就慢些。
重定調(diào)節(jié)器的說明:重定就是重新給定的意思，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器中積分作用就是完成重定工作的。以前把比例積分調(diào)節(jié)器叫做重定調(diào)節(jié)器。
二.了解溫度對象的特點(diǎn)
實(shí)踐證明溫度對象的特點(diǎn)是:時(shí)間常數(shù)大，滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，反應(yīng)在控制系統(tǒng)上，就是被控溫度的變化滯后于調(diào)節(jié)器的輸出。
我們知道熱量的傳遞是需要一定時(shí)間的，溫度上升的快慢與其熱容量的大小有關(guān)，通常溫度的上升與下降和時(shí)間的關(guān)系是一個(gè)指數(shù)曲線關(guān)系。而產(chǎn)生滯后則與熱量的傳遞過程有關(guān)，再者測溫元件也有一定的慣性，這些都會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。
由于上述二個(gè)特點(diǎn)，就給溫度控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量帶來一些困難，因此dlr說要采取一定的措施來克服滯后現(xiàn)象。
三.關(guān)于溫度PID參數(shù)的整定
當(dāng)一個(gè)溫度自動控制系統(tǒng)組成后，對象各通道的靜態(tài)、動態(tài)特性就很難改變了，因此控制過程就取決于PID參數(shù)了。PID參數(shù)工程整定就是針對特定的控制回路，求取保證控制過程*好的參數(shù)值。如今，由于PID算法的變化層出不窮，當(dāng)我們整定或者修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)時(shí)，首先要確定這臺PID調(diào)節(jié)器的類型。
對于PID參數(shù)的整定,主要有經(jīng)驗(yàn)法、臨界比例度法、衰減曲線法、參數(shù)自整定等。要整定好PID參數(shù)，由于控制的是溫度，經(jīng)驗(yàn)法提供了基本的湊試范圍，即比例度δ20%～60%，積分時(shí)間Ti 3～10分，微分時(shí)間Td 0.5～3分。dlr建議試把δ放至50%左右，Ti調(diào)至6分，Td放至0。調(diào)整時(shí)先減小δ看變化如何? Ti從大往小調(diào)，視變化曲線再進(jìn)行調(diào)整，基本差不多了再加Td。
整定效果如何?衡量一個(gè)PID控制系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，主要是看在外界干擾產(chǎn)生后，被控量偏離給定值的情況，假如偏離了以后能很快的平穩(wěn)的回復(fù)到給定值，就認(rèn)為是好的。
相關(guān)問題可以在dlr的博客中看以下博文:
“淺談PID控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)(回復(fù)網(wǎng)友)”，
“淺析PID控制的臨界比例度整定法(回復(fù)網(wǎng)友)”，
四.與**控制溫度有關(guān)的一些問題
要想用PID參數(shù)**控制溫度，除做好PID參數(shù)的整定工作外，影響**控制溫度的因素還有很多。dlr認(rèn)為應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1.因?yàn)闇囟瓤刂葡到y(tǒng)的控制精度，是組成該系統(tǒng)各環(huán)節(jié)(檢測、調(diào)節(jié)儀表及部件)的誤差的疊加，只要知道了測溫元件、溫度變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表、控制系統(tǒng)板卡的精度(或*大允許誤差)，是可以用均方根方法來計(jì)算控制系統(tǒng)精度的。如果要達(dá)到**控制溫度的目的，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型時(shí)就要綜合考慮選擇精度較高的部件及儀表。而且系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)、各儀表的誤差可能同方向，也可能反方向，因此在同一系統(tǒng)中所有儀表出現(xiàn)同向誤差的可能性極小，故系統(tǒng)的誤差比理論計(jì)算的要小些。再者調(diào)節(jié)器的測量、給定精度校好后，其它誤差對系統(tǒng)影響不是太大，即對閉環(huán)控制主回路的影響不大，這也是閉環(huán)負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)。
相關(guān)問題還可在dlr的博客中看以下博文:
“如何確定控制系統(tǒng)總精度?(回復(fù)網(wǎng)友)”，
2.再就是不能只片面的要求儀表的精度，dlr的看法如果工藝允許，適當(dāng)改變測量儀表及控制儀表的量程范圍，也是一種提高控制精度的手段。如溫度變送器量程的選擇，可直接影響到系統(tǒng)的控制精度和顯示的分辯率。
3.我們對調(diào)節(jié)器的性能要**:當(dāng)測量值等于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出應(yīng)該能穩(wěn)定在任一輸出值上，調(diào)節(jié)器的這種性能，我們稱它為控制點(diǎn)。調(diào)節(jié)器的輸出穩(wěn)定在任一值時(shí)，測量值與給定值之差就叫控制點(diǎn)偏差，控制點(diǎn)偏差就是調(diào)節(jié)精度。特別應(yīng)指出的是，調(diào)節(jié)器積分增益的大小決定著調(diào)節(jié)精度的高低，而調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)又決定著積分增益的大小。要提高調(diào)節(jié)精度，就要認(rèn)真做好調(diào)節(jié)器的校驗(yàn)工作。
4.PID工程整定的主要依據(jù)是4:1衰減比和各種不同的附加條件。在整定中如果只按衰減比進(jìn)行整定，是可以得到許多對積分與放大倍數(shù)的數(shù)值，它們都能滿足4:1的衰減比，只有增加另一個(gè)附加條件時(shí)，才能從許多對數(shù)值中選出一對適合的值，這一對適合的值常稱為“*佳整定值”，但不能理解成一組*好的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷τ诓煌目刂葡到y(tǒng)，*佳的必要條件不一定相同，要對具體問題作具體分析。dlr舉個(gè)例子, 兩個(gè)溫度控制系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)的要**溫度穩(wěn)定、其偏差不能太大，而另一個(gè)系統(tǒng)則要求被控制溫度的數(shù)值恒定(就是提問網(wǎng)友說的**調(diào)節(jié)溫度)，對于這兩個(gè)系統(tǒng)一般的整定方法是可以滿足前者要求的，但用相同的整定方法，不一定能得到滿足后者要求的數(shù)據(jù)。因此在要求較高時(shí)，對溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組合、及PID參數(shù)的整定中都應(yīng)引起足夠的重視，否則很難達(dá)到預(yù)期的效果。
5.提問中提的“增加循環(huán)時(shí)間T的數(shù)值”，是否指的是數(shù)字PID的采集周期?通常的設(shè)定是1s。這與系統(tǒng)大小、運(yùn)算速度、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作時(shí)間等都是有關(guān)聯(lián)的。
公安機(jī)關(guān)備案號：
