PID控制基本原理与方法.pdf

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1、一、前言在我们燃烧器的自动燃烧控制中，普遍的使用到了PID控制，由于我们对它的了解程度不够深刻，在许多应用现场和用户面前给我们带来了很多尴尬。为了让大家能深刻的理解并掌握PID，这里我将我搜集到的一些资料结合本人现场调试的一些经验与心得，与大家共同学习探讨。二、PID控制类型与意义所谓的PID控制其实是自动控制输出的一种控制类型。它还有P（比例）控制、I（积分）控制、D（微分）控制，组合在一起使用的有PI控制、PD控制、PID控制。尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P

2、）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。1、比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，控制器输出的变化与输入控制器的偏差（偏差指目标值与实际值之间的差）成比例关系，偏差越大输出越大（或越小根据正反比例有关）。输出=偏差*比例比如说，一个热风炉出口温度的PID控制的比例是10，它的预定值是500°C。那么它在小于490°C的时候会输出100%，在495°C的时候会输出50%，在49

3、9°C的时候输出10％，在偏差是0的时候，控制器的输出也是0。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。对于反应灵敏、放大能力强的被控对象（例如热风炉的温度控制），为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象（例如蒸汽压力的控制），比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。这里说的比例度的大小不是指P值数字

4、的大小，而是指P值在整个被控对象中所占比例的大小，例如，我们平常的蒸汽压力控制目标为2.0MPa，它的比例取值为1，但它已占最大差值比例的50%,1/（2-0）*100%=50%。而热风温度控制中，热风目标为500℃，比例取10时，它占最大差值的10%,10/(500-0)*100%=2%单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。2、比例积分（PI）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即

5、产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。积分控制虽然

6、能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷

7、，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。3、比例微分（PD）控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，既可根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进

8、行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。同理，微分时间的