PID調節控制是一個傳統控制方法,它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現場。
那什么是PID控制?PID是比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Derivative)三種控制作用的組合,實質就是根據輸入的偏差值,按照比例、積分、微分的函數關系進行運算,運算結果用以控制輸出,連續控制系統的理想PID控制規律為:

Kp——比例增益,Kp與比例度成倒數關系
Tt——積分時間常數
TD——微分時間常數
u(t)——PID控制器的輸出信號
e(t)——給定值r(t)與測量值之差
比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比,偏差一旦產生,立即產生控制作用以減小偏差,但不能消除靜差。靜差是指系統控制過程趨于穩定時,給定值與輸出量的實測值之差。比例控制作用的大小除與偏差e(t)有關之外,還取決于比例系數Kp的大小。比例系數Kp越小,控制作用越小,系統響應越慢。反之,比例系數Kp越大,控制作用也越強,則系統響應越快。但是,Kp過大會使系統產生較大的超調和振蕩,導致系統的穩定性能變差。因此,不能將Kp選取過大,應根據被控對象的特性來折中選取Kp,使系統的靜差控制在允許的范圍內,同時又具有較快的響應速度。
積分環節的作用,主要用于消除靜差以提高系統的無差度。積分作用的強弱,取決于積分時間常數Ti,Ti越大積分作用越弱,反之則越強。積分控制作用的存在與偏差e(t)的存在時間有關,只要系統存在著偏差,積分環節就會不斷起作用,對輸入偏差進行積分,使控制器的輸出及執行器的開度不斷變化,產生控制作用以減小偏差。在積分時間足夠的情況下,可以完全消除靜差,這時積分控制作用將維持不變。Ti越小,積分速度越快,積分作用越強。但是積分作用太強會使系統超調加大,甚至使系統出現振蕩。
用PI控制器很難得到很好的動態調節品質,系統會產生較大的超調和振蕩,這時可以引入微分作用。在偏差剛出現或變化的瞬間,不僅根據偏差量做出及時反應(即比例控制作用),還可以根據偏差量的變化趨勢(速度)提前給出較大的控制作用(即微分控制作用),將偏差消滅在萌芽狀態,這樣可以大大減小系統的動態偏差和調節時間,使系統的動態調節品質得以改善。微分作用不能消除靜差,所以單獨使用意義不大,一般需要與比例、積分控制作用配合使用,構成PD或PID控制。
PID實際控制過程(控溫):
1.操作員在控制器上設定反應所需的溫度值(SP,如100℃)。
2.溫度變送器持續測量實際溫度(PV),并上報給PID控制器。
3.控制器計算誤差 e = SP - PV。
4.若PV遠低于SP,P作用會輸出一個強大的控制信號,使調節閥打開,快速進行加熱。
5.隨著PV接近SP,P作用減弱。此時,I作用開始顯現,它通過累積前期低溫的誤差,確保閥門有足夠的開度,直至完全消除靜差,使溫度精準穩定在100℃。
6.在加熱過程中,如果溫度上升過快(例如由于反應放熱),D作用會敏銳地“感知”到這一趨勢,它會輸出一個反向信號,適度關小閥門,提前抑制溫度的沖高,避免超調和振蕩,實現平穩過渡。