一文详解工业自动化控制中PID的应用和整定方法

说起PID肯定有点陌生，其实在生活中多方面都有体现，只是没有站在专业的角度看问题，说个常见的例子就应该明白。

储水箱应该大家熟悉，当储水箱进水口阀门开始水注入，当储水箱出水口阀门开启水流出使用。虽然这个过程人可以完成，但是重复的事做久了就会枯噪无味。水箱注入水时它的液位高低我们可以通过眼睛看，液位高了把出水口关闭，出水口阀门开启，当液位低了在开启进水口阀门，关闭出水口。比如现在我想把液位维持在一个高度，那么就要我们手动去调进出水口阀门确实可以做到，可以说我们人为的调节过程是无法抗干扰的，液位一波动那又得去调，很麻烦。为了解决这些问题人就想出了PID控制，即能控制稳定还能抗外界干扰。

现在要实现我们人为控制过程，那就的用仪表来代替我们的手眼睛大脑等。液位变送器可以取代眼睛，它可以连续检测。执行机构可以取代手，它可以去转动阀门。控制器取代大脑，它可以去分析处理数据，然后再给执行机构下达任务。

PID控制器有四种控制规律，P控制规律、PI控制规律、PD控制规律、PID控制规律。P、I、D的通俗理解，P是控制器输出信号随输入偏差信号e按一定比例关系的变化控制规律，相当于今天发生的事。I是控制器输出信号随输入偏差信号e积分成正比例关系的变化控制规律，相当于昨天发生的事。D控制器输出信号随输入偏差信号e微分成正比例关系的变化控制规律，相当于明天发生的事。

工业自动化控制中PID的应用和整定方法！从图中看P控制规律，它的作用就是消除扰动，那么就是当前发生的事，所以为了消除扰动马上用比例度。I控制规律作用就是消除余差，余差不是现在有的也不是以后有的，是以前积累的，那么的用积分消除，也就是说昨天的事。D控制规律作用就是超前控制，就是还没有发生的事给它提前准备所以得用微分控制，也就是明天发生的事。

经验凑式法，进行新操作之前确保前面的过渡过程稳定才能进行，在控制器上调参数遵守由弱到强的原则，控制变量需要多个控制规律，遵守先比例后积分最后微分。

在参数整定过程中图中的参数只能作为一个初始参考值，具体的情况要根据实际调节中稍做变化，找到最佳参数。

定值系统最理想的曲线

随动系统最理想的曲线

当一个曲线稳定下来是否达到理想，需要根据它的性能指标判定。

1、最大偏差（A），指曲线的最大波峰或波谷的值与设定值的差。

2、超调量（Q），指被控变量偏离新稳定值的百分数。

3、衰减比（n），指过渡曲线两个相邻的波峰或波谷的振幅之比，振幅就是被控变量偏离新稳态值的差。

4、余差（C），指新稳态值与目标值的差。

5、过渡时间（t），指从干扰开始到新稳态时所需要的时间。

6、振荡周期（T），指过渡曲线同方向相邻之间的时间。

7、峰值时间（tp），指从干扰开始到第一个波峰或波谷所需时间。

8、上升时间（tr），指过渡曲线开始变化到新稳态所需时间。

由上面八点可以确定三种系统性能，稳定性的性能指标（A、Q、n）、准确性性能指标（C），快速性性能指标（tr）。其中比例积分时间减小，会加大系统振荡，同时稳定性变差，微分时间加大在小范围会使系统稳定性变好，但也容易引起振荡。