PID調(diào)節(jié)和溫度控制原理

1、PIDPID 調(diào)節(jié)和溫度控制原理字體大小：|2006-10-2123:17-閱讀：209-:0當(dāng)通過(guò)熱電偶采集的被測(cè)溫度偏離所希望的給定值時(shí)， PIDPID 控制可根據(jù)測(cè)量信號(hào)與給定值的偏差進(jìn)行比例（P P）、積分（I I）、微分（D D）運(yùn)算，從而輸出某個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，促使測(cè)量值恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動(dòng)控制的效果。比例運(yùn)算是指輸出控制量與偏差的比例關(guān)系。比例參數(shù) P P 設(shè)定值越大，控制的靈敏度越低，設(shè)定值越小，控制的靈敏度越高，例如比例參數(shù) P P 設(shè)定為 4%,4%,表示測(cè)量值偏離給定值 4%4%時(shí)，輸出控制量變化 100%100%。積分運(yùn)算的目的是消除偏差。只要偏差存在，積分

2、作用將控制量向使偏差消除的方向移動(dòng)。積分時(shí)間是表示積分作用強(qiáng)度的單位。設(shè)定的積分時(shí)間越短，積分作用越強(qiáng)。例如積分時(shí)間設(shè)定為 240240 秒時(shí)，表示對(duì)固定的偏差，積分作用的輸出量達(dá)到和比例作用相同的輸出量需要 24240 0秒。比例作用和積分作用是對(duì)控制結(jié)果的修正動(dòng)作，響應(yīng)較慢。微分作用是為了消除其缺點(diǎn)而補(bǔ)充的。微分作用根據(jù)偏差產(chǎn)生的速度對(duì)輸出量進(jìn)行修正，使控制過(guò)程盡快恢復(fù)到原來(lái)的控制狀態(tài)，微分時(shí)間是表示微分作用強(qiáng)度的單位，儀表設(shè)定的微分時(shí)間越長(zhǎng)，則以微分作用進(jìn)行的修正越強(qiáng)。PIDPID 模塊操作非常簡(jiǎn)捷只要設(shè)定 4 4 個(gè)參數(shù)就可以進(jìn)行溫度精確控制：1 1、溫度設(shè)定2 2、P P 值3 3、

3、I I 值4 4、D D 值PIDPID 模塊的溫度控制精度主要受 P P、I I、D D 這三個(gè)參數(shù)影響。其中 P P 代表比例，I I 代表積分，D D 代表微分。比例運(yùn)算（P）比例控制是建立與設(shè)定值（SVSV）相關(guān)的一種運(yùn)算，并根據(jù)偏差在求得運(yùn)算值（控制輸出量）。如果當(dāng)前值（PVPV）小，運(yùn)算值為 100%100%o o 如果當(dāng)前值在比例帶內(nèi)，運(yùn)算值根據(jù)偏差比例求得并逐漸減小直到 SVSV 和PVPV 匹配（即，直到偏差為 0 0）, ,此時(shí)運(yùn)算值回復(fù)到先前值（前饋運(yùn)算）。若出現(xiàn)靜差（殘余偏差），可用減小 P P 方法減小殘余偏差。如果 P P 太小，反而會(huì)出現(xiàn)振蕩。積分運(yùn)算（I I）將

4、積分與比例運(yùn)算相結(jié)合，隨著調(diào)節(jié)時(shí)間延續(xù)可減小靜差。積分強(qiáng)度用積分時(shí)間表示，積分時(shí)間相當(dāng)于積分運(yùn)算值到比例運(yùn)算值在階躍偏差響應(yīng)下達(dá)到的作用所需要的時(shí)間。積分時(shí)間越小，積分運(yùn)算的校正時(shí)間越強(qiáng)。但如果積分時(shí)間值太小，校正作用太強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)振蕩。微分運(yùn)算（D D）比例和積分運(yùn)算都校正控制結(jié)果，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)延時(shí)現(xiàn)象。微分運(yùn)算可彌補(bǔ)這些缺陷。在一個(gè)突發(fā)的干擾響應(yīng)中，微分運(yùn)算提供了一個(gè)很大的運(yùn)算值，以恢復(fù)原始狀態(tài)。微分運(yùn)算采用一個(gè)正比于偏差變化率（微分系數(shù)）的運(yùn)算值校正控制。微分運(yùn)算的強(qiáng)度由微分時(shí)間表示，微分時(shí)間相當(dāng)于微分運(yùn)算值達(dá)到比例運(yùn)算值在階躍偏差響應(yīng)下達(dá)到的作用所需的時(shí)間。微分時(shí)間值越大，微分

5、運(yùn)算的校正強(qiáng)度越強(qiáng)。通常，對(duì)于溫度控制的理解，是覺(jué)得其技術(shù)成熟且改變不大。有一些工業(yè)的應(yīng)用，不僅對(duì)時(shí)間進(jìn)行精確的控制，而且在當(dāng)設(shè)定值改變時(shí)，對(duì)于快速加溫階段和擾動(dòng)的快速響應(yīng)形成最小程度的過(guò)沖（overshootovershoot）和下沖（undershootundershoot）。一般采用的 PIDPID 控制技術(shù)難以滿足這些特殊的場(chǎng)合。目前存在 2 2 種的復(fù)雜溫度控制器。一種方案是基于增加特殊性能的 PIDPID, ,另一種方案是模糊邏輯控制。?增強(qiáng)的 PIDPID 溫度控制?加熱和冷卻過(guò)程中的不同速度（時(shí)間常數(shù)）可根據(jù)溫度設(shè)定值，進(jìn)行 PIDPID 常數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。這樣的調(diào)節(jié)需要一個(gè)加熱

6、模型-加熱過(guò)程的反轉(zhuǎn)靜態(tài)特性（inversestaticcharacteristicinversestaticcharacteristic）。一旦控制系統(tǒng)執(zhí)行加熱模型，它的輸出可被相應(yīng)地用于前饋?zhàn)兞?。前饋?zhàn)兞颗c比例成分的輸出一起使加熱模型符合加熱過(guò)程。?一個(gè)近似的時(shí)間優(yōu)化控制方法需要將溫度控制的全部過(guò)程分為 3 3 個(gè)部分，每部分都有其不同控制機(jī)制。在第一階段（溫度在設(shè)定值之下）和最后一個(gè)階段（溫度在設(shè)定值之上），哥常量（分別是滿值和零）被應(yīng)用，控制調(diào)節(jié)誤差。在中間階段（設(shè)定值在中間），線性 PIDPID 控制開(kāi)始作用。在這里所謂的線性控制區(qū)（linearcontrolzonelinearco

7、ntrolzone, ,LCZLCZ）、非線性、調(diào)節(jié)誤差限制（regulationerrorlimitregulationerrorlimit, ,RELREL）就能被使用，會(huì)有助于限制溫度的過(guò)沖和下沖。圖 1 1 中，為加強(qiáng)的 PIDPID 溫度控制器的框圖，適用范圍較廣。?模糊邏輯工程師們對(duì)模糊邏輯的了解已經(jīng)超過(guò) 3535 年。模糊控制的魅力在于小規(guī)模的微型控制器，因?yàn)檫@一技術(shù)比常規(guī)的 PIDPID 要求較少的計(jì)算哥和更少的操作存儲(chǔ)量模糊控制的基本形式可模擬人工控制過(guò)程。根據(jù)瞬時(shí)溫度背離設(shè)定值(調(diào)節(jié)誤差,e(n)e(n) )的程度和溫度改變的速率(或調(diào)節(jié)誤差的背離，(e(n)(e(n),人

8、工調(diào)整應(yīng)用于加熱成分的哥。整個(gè)過(guò)程由系統(tǒng)的物理或數(shù)學(xué)性質(zhì)決定。溫度的背離和溫度的改變速率是高是底還是中等模糊控制以同樣的過(guò)程變量狀態(tài)運(yùn)行。如圖 2,2,模糊溫度控制器的框圖表明，模糊控制器的輸出是如何在功能加強(qiáng)的傳統(tǒng)的PIDPID 控制器的情況下與前饋模塊的輸出相結(jié)合的。 類似的適配模塊可使解模糊化過(guò)程優(yōu)化(使模糊化輸出變量成為明確的輸出值)，并且同時(shí)幫助加熱器模塊更真實(shí)反映加熱過(guò)程。即使像溫度控制這類最簡(jiǎn)單的過(guò)程，如果增加了諸如快速增溫階段也可能變得很復(fù)雜。執(zhí)行功能加強(qiáng)的、傳統(tǒng)的 PIDPID 控制器就成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)，特別是如果需要自調(diào)整能力以幫助確定優(yōu)化 PIDPID 常量時(shí)。然而，不可否認(rèn)的是，PIDPID 控制的理論的運(yùn)用相當(dāng)廣泛。?另外，模糊控制似乎能