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①比例定义与作用 在实际控制中，输出的大小与误差的大小成正比关系，当误差占整体量程的百分比达到P值时，比例作用的输出为100%，这时的P就定义为比例带参数。 ②比例控制 在实际工作中，有经验的师傅在手动控制加热炉的炉温时，往往可以获得非常好的控制效果，PID控制与人工控制在方法原理上基本相同。例如，操作人员用比例控制的思维进行手动控制电加热炉的炉温，操作人员事先知道炉温稳定在给定值时，控制电位器所处的位置角度（我们将它称为位置S），并且会根据当时的温度误差值去调整电位器的旋转角度，从而控制加热电流强度。当炉温小于给定值时，此时误差为正，可在电位器位置S的基础上适当的增大电位器的旋转角度，以增大加热的电流。当炉温大于给定值时，误差为负，在位置S的基础上适当减小电位器的旋转角度，并使得角度与位置S的差值和误差成正比，上述控制思路就是所说比例控制。增大比例系数可以使控制系统反应特别灵敏，调节速度加快，减小稳态时的误差。但是比例调整得过大会造成超调量增大，造成振荡频次增加，调整时间延长，系统动态性能变坏。 ③积分定义与作用 在对某一恒定的误差进行积分，令其积分“I”秒后，其积分输出与比例作用相同，这I就定义为积分时间。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 在实际控制中，只要有误差的存在，就会对误差进行积分，使得控制输出继续增大或减小，直到误差为零时，积分作用才停止，输出不再变化。系统的PV值保持稳定，当PV值等于SP值时，表示达到了所需的控制效果。 但由于实际的控制系统不能随着输出值立即跟随发生变化，在输出变化后，PV值不会马上跟随变化，要等待一些时间才逐步发生变化，因此积分变化速度的快慢必须与实际系统的惯性相匹配，惯性越大、积分作用就应该弱些，积分时间I就应该大些，反之亦然。如果积分作用太强，积分输出变化过快，就会发生积分超调而引起振荡。 ④积分控制 PID调节器中的积分对应于下图1中误差曲线与坐标轴包围的面积（图中灰色部分）。PID控制程序是周期性进行的，其周期称为采样周期。计算机的程序用图1中各矩形面积之和来近似的积分，图中的TS就是采样周期。  图1 PID调节器积分运算示意图 调节器在每次PID运算时，在原有的积分值基础上，会增加一个与当前的误差值ev（n）成正比的微小部分。误差为负值时，积分的增量为负值。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 而当人们在手动调节温度时，积分控制相当于根据当时的误差值，反复地微调电位器的旋转角度，每次电位器调节的角度值与当时的误差值成正比关系。温度低于设定值时误差为正值，积分增大，使加热电流逐渐增大。因此只要误差不为零，调节器的输出就会在积分作用下不断变化。一直要到系统处于稳定状态，这时误差恒为零，比例部分和微分部分均为零时，积分部分才不再发生变化，并且刚好等于稳态时所需要的控制器输出值，由此等同于温度控制系统中电位器转角的位置S。 ⑤D微分定义与作用 D是微分作用的持续时间，表示从微分作用产生时刻起到微分作用减小到零(接近零)时为止，系统所用的时间。 微分作用是在产生误差之前，预先发现有产生误差的趋势时就开始调节，是提前控制，可以最大限度地减少动态误差，使系统控制效果更好。但是微分作用只能作为比例和积分控制的一种补充作用不能起到主导作用。微分作用也不能太强，太强也会引起系统的不稳定而产生振荡，微分只能在P和I调好后逐步再由小往大调整，一点一点的加上去。 |