刍议工业自动控制系统中PID技术的应用

马月颖

摘 要：PID技术是工业自动控制系统中应用最多、最广的一种控制方式。分析了PID技术的特点及其工作原理，然后详细介绍了PID技术在工业自动控制系统中的应用，以供参考。

关键词：工业；自动控制系统；PID；参数

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0060-01

在工业自动控制中，调节器控制规律应用最广泛的就是PID调节。PID是控制系统中的基础部分，在工业自动控制中起到关键性的作用。

1 PID技术的特点及其工作原理分析

在自动控制过程中，由于外界各种因素的干扰，有可能使产品的控制参数发生一些改变。为了保证产品的质量，在工厂现场检查原件时，就要把这些产品发生的改变数据传送到PID控制器，PID经过计算，调节改变的数据变量，并使控制参数与产品设定参数相符合，以便生产出合格的产品。PID调节主要可以分为比例调节、积分调节和微分调节。比例调节是最基本的一种参数调解方式，当然，如果只采用这种调节方法，系统会出现稳态误差。在一个系统中，弱势存在稳态误差，这就需要在PID控制器中对输入与输出误差信号进行积分，以尽量减小误差值，直到误差值变为零为止，这种调节方式就叫作积分控制。在自动控制系统对出现的误差进行调节时，由于大惯性组件或有滞后组件的存在，使得变化值总是会延后，还可能会使系统出现振荡。为了解决这一现象，需要在调节过程中能够预先判断出这些组件可能发生的变化，微分调节就应运而生了。

2 PID技术控制参数的选定

在控制方案中，最重要的环节就是被控参数的选择，因为如果选择的控制参数不恰当，就不会达到预期的调节效果，而且扰动的因素会很多，并不是所有的扰动因素都需要控制；如果全部选定，那工作量会很大，而且还有很多程序是不必要的。因此，在选择控制参数时，要先对生产工艺进行详细的分析，找出生产过程中对产品质量、安全等起决定性作用的扰动因素，而且还要确定这些因素用人工来控制是非常困难的。

在工业自动控制过程中，PID参数的选择并不是唯一的，当然也不能随意选择，只有在完全掌握产品生产工艺的条件下，才能做出正确的选择。参数选择所依定的原则是：①被控参数对产品的质量等起着决定性的作用；②被控参数应尽量选用直接参数，如果不行，就采取一个与之相对应的时间参数；③被控参数灵敏度很高，手工控制困难；④所用仪表能够监控被控参数。

3 PID调节参数对自动控制过程的影响

在比例调节中，调节比例制的增大会使曲线的变化越来越缓慢，也就是说，调节作用在逐渐减弱。它的振荡周期越长，衰减得越厉害。如果比例调节仅仅是纯比例作用，那么，系统稳定后余差会较大；相反，如果比例值较小，它的振荡周期就比较短，曲线波动比较快，衰减比会往小的方向变化。

在积分调节中，起决定性作用的是积分时间（Ti）；积分时间越长，积分作用就越弱；反之，积分时间越短，积分作用就越强。在这过程中，曲线振荡越来越剧烈，系统的震荡周期减小。但是，如果积分时间太短，曲线振荡就会过于剧烈，进而造成系统操作的不稳定；如果积分时间无限加长，调节器就只起到比例调节的作用。

在微分调节中，起关键性作用的是微分时间（Td），微分时间越长，微分调节作用越明显，震荡就会在这个过程中变得越来越不明显，周期也会变得越来越短。但是，如果微分时间太长，就会引起振幅的过度增大，调节器的作用就不太明显。

在工业自动控制中，控制系统不会用到所有的调节方式，在很多情况下，只需要其中的一两种就可以满足工艺需求。在上面提到的参数影响中可以看出，如果调节过程不需要积分调节，就可以在设定时把积分时间设置为无穷大；如果不需要微分调节，可以把微分时间设置为零；同样，如果不需要进行比例调节，就可以把PID回路增益（Kc）设为零。

4 PID调节最后参数的设定

PID的调节作用要想达到最佳状态，就需要对积分时间（TI）、微分时间（TD）和PID回路增益（KC）进行最佳设定，如何在产品工艺生产过程中找出这些参数的最佳值？针对具体生产情况，采用了经验整定法，现场经验整定法是目前为止使用性最强、应用最广泛的工程整定方法。在这个过程中，整体的调节方式依次是比例调节、积分调节，最后是微分调节。在调解过程中，要随时观察曲线的变化，并慢慢改变其中的参数取值，直到产品的质量符合设计标准。

机体调节是先要关闭积分调节和微分调节项，就是指先把积分时间设置为无穷大，微分时间设置为零。刚开始使用的比例参数先依照以往的经验而定，然后根据过程变量值曲线的变化慢慢确定控制比例度，直到衰减过程的变量值变为原来的1/4，这时，就可以加入积分比例调节。但在加入之前，要先把比例值变为原来的1.2倍，然后再进行积分时间的调节。积分时间的取值越来越小，直到衰减过程变量值变为原来的1/4，这时，可以引入微分调节。微分时间的最初设定是积分时间的1/4～1/3，然后把控制比例度调节到原来的数值，微分时间再进行调节，数值由小变大，直到曲线达到满意值为止。

5 结束语

综上所述，本文主要描述了PID在工业控制中的工作原理、PID 控制中的基本知识和PID参数对控制过程的影响。相信在未来的工业自动控制发展中，仍会出现很多问题，这就需要科研人员继续努力，对PID进行更深的研究，以期能够提高我国工业自动化控制水平，促进我国工业快速发展。

参考文献

[1]杜军.工业自动控制对PID的应用分析[J].中国科技纵横，2013（23）：126-127.

〔编辑：白洁〕