PID控制的原理和特点
1、PID控制的原理和特点
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑
制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
2、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet 相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统
闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。
3、阶跃响应
阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
4、PID控制的原理和特点
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID
控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特
性。
5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID 控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。
对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3
对于流量系统：P（%）40--100，I（分）0.1--1
对于压力系统：P（%）30--70，I（分）0.4--3
对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--5
参数整定找最佳，从小到大顺序查
先是比例后积分，最后再把微分加
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大
曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢，积分时间往下降
曲线波动周期长，积分时间再加长
曲线振荡频率快，先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波，前高后低4比1
一看二调多分析，调节质量不会低
管道和仪表流程图又称为P&ID，是PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM 的缩写。P&ID的设计是在PFD的基础上完成的。它是化工厂的工程设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序，是工厂安装设计的依据。
化工工程的设计，从工艺包、基础设计到详细设计中的大部分阶段，P&ID 都是化工工艺及工艺系统专业的设计中心，其他专业（设备、机泵、仪表、电气、管道、土建、安全等）都在为实现P&ID里的设计要求而工作。
广义的P&ID可分为工艺管道和仪表流程图（即通常意义的P&ID）和公用工程管道和仪表流程图（即UID）两大类。
由于P&ID的设计千变万化，对同一工艺流程的装置，也可以因为外界因素的影响（如用户要求、地理环境的差异、以及操作人员的经验不同等），需要在设计P&ID 时作出相应对策，再加上设计者不同的处理方法，因而同一工艺流程在不同的工程项目中，其P&ID不可能完全相同，但也不会有太大的差异。P&ID通常有6~8版，视工程需要而定。
一套完整的P&ID及UID清楚地标出工艺流程对工厂安装设计中的所有要求，包括所有的设备、配管、仪表等方面的内容和数据。
下面，对P&ID及UID的设计进行简单介绍。
一. P&ID的设计
1.P&ID的设计内容
P&ID的设计应包括下列内容。
1.1 设备
(1)设备的名称和位号。
每台设备包括备用设备，都必须标示出来。对于扩建、改建项目，已有设备要用细实线表示，并用文字注明。
（2）成套设备
对成套供应的设备（如快装锅炉、冷冻机组、压缩机组等），要用点划线画出成套供应范围的框线，并加标注。通常在此范围内的所有附属设备位号后都要带后缀“X”以示这部分设备随主机供应，不需另外订货。
（3）设备位号和设备规格
P&ID上应注明设备位号和设备的主要规格和设计参数，如泵应注明流量Q和扬程H；容器应注明直径D和长度L；换热器要注出换热面积及设计数据；储罐要注出容积及有关的数据。和PFD不同的是，P&ID中标注的设备规格和参数是设计值，而PFD标注的是操作数据。
（4）接管与联接方式
管口尺寸、法兰面形式和法兰压力等级均应详细注明。一般而言，若设备管口的尺寸、法兰面形式和压力等级与相接管道尺寸、管道等级规定的法兰面形式和压力等级一致，则不需特殊标出；若不一致，须在管口附近加注说明，以免在安装设计时配错法兰。
（5）零部件
为便于理解工艺流程，零部件如与管口相邻的塔盘、塔盘号和塔的其他内件（如挡板、堰、内分离器、加热/冷却盘）都要在P&ID中表示出来。
（6）标高
对安装高度有要求的设备必须标出设备要求的最低标高。塔和立式容器须标明自地面到塔、容器下切线的实际距离或标高；卧式容器应标明容器内底部标高或到地面的实际距离。
（7）驱动装置
泵、风机和压缩机的驱动装置要注明驱动机类型，有时还要标出驱动机功率。（8）排放要求
P&ID应注明容器、塔、换热器等设备和管道的放空、放净去向，如排放到大气、泄压系统、干气系统或湿气系统。若排往下水道，要分别注明排往生活污水、雨水或含油污水系统。
1.2配管
（1）管道规格
在P&ID中要表示出全部在正常生产、开车、停车、事故维修、取样、备用、再生各种工况下所需要的工艺物料管线和公用工程管线。所有的管道都要注明管径、管道号、管道等级和介质流向。管径一般用公称直径（DN）表示，根据工程的要求，也可采用英制（”，英寸）。
若同一根管道上使用了不同等级的材料，应在图上注明管道等级的分界点。
一般在P&ID上管道改变方向处标明介质流向。
（2）间断使用的管道
对间断使用的管道要注明“开车”、“停车”、“正常无流量（NNF）”等字样。
（3）阀件
正常操作时常闭的阀件或需要保证开启或关闭的阀门要注明“常闭（N.C）”、“铅封开（C.S.O）”、“铅封闭（C.S.C）”、“锁开（L.O）”、“锁闭（L.C）”等字样。
所有的阀门（仪表阀门除外）在P&ID上都要示出，并按图例表示出阀门的形式；若阀门尺寸与管道尺寸不一致时，要注明。
阀门的压力等级与管道的压力等级不一致时，要标注清楚；如果压力等级相同，但法兰面的形式不同，也要标明，以免安装设计时配错法兰，导致无法安装。
（4）管道的衔接
管道进出P&ID中，图面的箭头接到哪一张图及相接设备的名称和位号要交待清楚。以便查找相接的图纸和设备。
（5）两相流管道
两相流管道由于容易产生“塞流”而造成管道振动，因此应在P&ID上注明“两相流”。（6）管口
开车、停车、试车用的放空口、放净口、蒸汽吹扫口、冲洗口和灭火蒸汽口等，在P&ID上都要清楚地标示出来。
（7）伴热管
蒸汽伴热管、电伴热管、夹套管及保温管等，在P&ID中要清楚地标示出来，但保温厚度和保温材料类别不必示出（可以在管道数据表上查到）。
（8）埋地管道
所有埋地管道应用虚线标示，并标出始末点的位置。
（9）管件
各种管路附件，如补偿器、软管、永久过滤器、临时过滤器、异径管、盲板、疏水器、可拆卸短管、非标准的管件等都要在图上标示出来。有时还要注明尺寸，工艺要求的管件要标上编号。
（10）取样点
取样点的位置和是否有取样冷却器等都要标出，并注明接管尺寸、编号。
（11）特殊要求
管道坡度、对称布置和液封高度要求等均必须注明。
（12）成套设备接管
P&ID中应标示出和成套供应的设备相接的连结点，并注明设备随带的管道和阀门与工程设计管道的分界点。工程设计部分必须在P&ID上标示，并与设备供货的图纸一致。
（13）扩建管道与原有管道
扩建管道与已有设备或管道连接时，要注明其分界点。已有管道用细实线表示。（14）装置内、外管道
装置内管道与装置外管道连接时，要画“管道连接图”。并列表标出：管道号、管径、介质名称；装置内接往某张图、与哪个设备相接；装置外与装置边界的某根管道相接，这根管道从何处来或去何处。
（15）特殊阀件
双阀、旁通阀在P&ID上都要标示清楚。
（16）清焦管道
在反应器的催化剂再生时；须除焦的管道应标注清楚。
1.3 仪表与仪表配管
（1）在线仪表
流量计、调节阀等在线仪表的接口尺寸如与管道尺寸不一致时，要注明尺寸。（2）调节阀
调节阀及其旁通阀要注明尺寸，并标明事故开（FO）或事故关（FC）、是否可以手动等。我国钢制调节阀阀体的最低压力等级是4 x 106Pa，而管道的压力等级往往低于 4 x 106Pa，此点在P&ID上要注明，以免法兰配不上。
（3）安全阀/呼吸阀（压力真空释放阀）
要注明连接尺寸和设定压力值。
（4）设备附带仪表
设备上的仪表如果是作为设备附件供应，不须另外订货时，要加标注，该仪表编号可加后缀“X”。
（5）仪表编号
仪表编号和电动、气动讯号的联接不可遗漏，按图例符号规定（lead sheet）编制。（6）联锁及讯号
联锁及声、光讯号在P&ID上亦要表示清楚。
（7）冲洗、吹扫
仪表的冲洗、吹扫要示出。
（8）成套设备
成套供应设备的供货范围要标明。对由制造厂成套供货范围内的仪表，要加标注，可在编号后加后缀“X”。
1.4其他
在P&ID中要将特殊的设计及安装要求标示出来，亦可作为注释单独列出，如开/停车联锁、再生要求、仪表与有关的管道阀的安装要求、特殊的专用管件等。
2.P&ID的设计过程
P&ID的设计过程是从无到有、从不完善到完善的过程。研究P&ID的设计过程，有利于提高其设计质量。
P&ID的设计，必须待工艺流程完全确定后（但不是工艺流程设计完全结束后）才能开始，否则容易造成大返工。
P&ID的设计一般要经过初步条件版、内部审核版、供建设单位批准版、设计版、施工版和竣工版等阶段后才能完成。
2.1 初步条件版（0版）
P&ID设计过程中，系统专业需要具备必要的基础资料。这些资料在P&ID设计初期不可能全部具备，但有了主要部分即可开展工作。
P&ID的0版可以由系统工程师完成。也可由工艺工程师完成后移交给系统工程师，由系统工程师继续完成后面的一系列工作。此版P&ID属于工艺包设计的内容。
0版P&ID的主要作用，一是供配管专业进行装置布置和主要管道走向的研究使用；二是供给自控专业完善自控设计。在此版设计时，P&ID的设计者根据PFD和自己的专业知识进行仪表设计。关于控制方案，还应听取用户的意见。P&ID的0版应包括下列内容。
（1）设备
所有的设备（包括备用设备）及它们的名称和位号、驱动机类型。
（2）工艺管道
主要的工艺管道要注明管径和流向（通常1／2”以上），但管道编号可暂不标注。（3）公用工程管道
与设备相接的公用工程管道应标出管径，蒸汽管要标出蒸汽压力。
（4）间断使用的管道
间断使用的管道要标注其用途（如开工用、停工用、事故处理用等），
（5）管材
管道的材质要求可用管道等级或文字说明（如碳钢、不锈钢）标注；若暂时无条件标注时，可暂不标注；但对合金钢管道和高压管道则一定要注明所用材料。
（6）阀门
管道上的阀门在此阶段要尽量表示出来，并表明常开或常闭状态。
（7）设备的最低标高
对于有标高要求的设备，应标出其最低标高。
（8）泄压系统
应表示清楚安全阀/呼吸阀（压力真空释放阀）出口是排往大气或排往火炬/废料处理系统。
（9）安全阀
要标出主要的安全阀/呼吸阀（压力真空系统释放阀），但并不要求注出尺寸和编号。（10）调节阀
要画出全部调节阀，但不要求注出尺寸。
（l1）仪表
按照对PFD的理解标出全部仪表（包括检测仪表、控制和联锁仪表，但不必注出仪表编号）。要用图例符号表明仪表是在DCS或现场的不同位置。
（12）必要的设计说明
自流管道、管道的坡度、液封、布置在某个特定位置上的调节阀组以及排往下水系统的类型（含油污水、雨水或生活污水系统）等均应有相应说明。对有常开、常闭要求的阀门，图上也应注明。
（13）供货范围
成套供应设备的供货范围要用点划线框出并加标注。
（14）介质流向
管道上要注明介质流向。
（15）指出需要保温和伴热的管道
工艺工程师应在0版P&ID上注明工艺过程对配管材质的要求，并同时提出推荐的初步装置布置图，供配管专业参考。
2.2 内部审核版（1版）
在P&ID送给建设单位审核前，要先在设计单位内部进行审核。各专业接到0版P&ID 后，需要再作如下完善。
（1）所有的管道
系统工程师应对P&ID进一步深化，把工艺和公用工程物料管道补全，加上工艺过程所需要的放空和放净管道，并注明管径。
（开车工程师）应在0版图纸上补充说明开车、停车、试压及事故处理的各项要求（然后把图纸送回给系统工程师）。
（2）标注所有管道的管径及伴热、保温要求
系统专业应对管道的管径进行初步的水力计算和保温设计，并在P&ID和管道数据表上注明管径、保温和伴热的初步要求。
一般的管道可根据物料平衡表中的物料流量、推荐流速或允许压力降来选用管径。但对某些水力计算有特殊要求的管道，则应进行详细的水力计算，其中包括：塔及反应器的入口管道；泵的吸入管道；制冷管道；往高位输送或长距离输送的液体管道（需校核泵的扬程是否够用）；要求流量均匀分配的对称布置的管道；催化剂管道；液封管道（须校核液封是否会被冲掉或吸入）；提升管道；两相流管道；浆液管道；压缩机吸入或排出管道；塔的回流管道；安全阀的入口和出口管道（控制安全阀入口管道的压降不超过其定压的3%，出口管道须校核安全阀的背压对安全阀定压的影响）；热虹吸再沸器工艺物料的进口管道和出口管道；排向气体回收系统的呼吸阀（压力真空释放阀）的出口管道。
（3）工艺工况
工艺工程师再对P&ID的设计是否符合工艺要求进行详细校核，并注上工艺工况。
（4）加注管道号
系统工程师应在P&ID上加上管道号，编制管道数据表（部分内容由配管材料专业完成）。
（5）标注管道等级
系统工程师根据管道专业配管材料人员制定的管道等级，标注在P&ID上。对少量暂时还提不出管道等级的管道可暂标出管壁厚度。
（6）加深自控设计内容
仪表专业应对0版进行校核，并补上所需的全部仪表，仪表要编号。
（7）标出管道坡度及特殊要求、管道安装尺寸要求。
（8）加深设备内件的设计内容。
（9）注明所有的非标准配件。
系统工程师收到自控工程师返回的0版图纸后，根拒返回的条件对图纸进行修改、补充、加深，并加上管道防冻的措施、公用工程物料管道的配置、8字盲扳的设置内容。然后，由系统、自控工程师一起对P&ID进行全面校阅。所有的图例、符号、线条都要符合公司规定或项目组规定(Lead Sheet)，并调整图面布置，使图面布置匀称，达到正规出图的要求。自此以后，所有P&ID的修改均在此版（即内部审核版或1版）底图上进行，不再重新绘制。
2.3 供建设单位批准版（2版）
P&ID的内部审核会主要由工艺系统、设备、自控和配管专业参加, 其它专业视具体情况酌情参加讨论。在会议前，各专业应先在自己的P&ID蓝图上用红、蓝笔进行修改，为出席会议作准备。会上首先由系统专业工程师介绍P&ID，之后各专业进行审核。系统专业人员在专用的蓝图上对校核无问题的管道、仪表、阀门、设备及说明用**涂上，需删去部分用蓝色涂上、修改部分用红色涂上；同时，对管道数据表也用同样方法核对。
根据审核会上各专业对图纸的修改及讨论情况，系统专业应再次对P&ID的原图进行修改、补充。即完成供建设单位批准版。
在前三版修订过程中，凡是已订货的设备，要用制造厂提供的设备确认图与P&ID 进行详细地核对，各项数据务必一致。若某些设备还未落实，建议在P&ID底图上用铅笔圈上，并注明“待定”。其它专业对“待定”设备暂不设计，以免以后返工，招
致重大经济损失。
至此P&ID的设计以接近完成，基本满足设计、生产上的要求。配管专业可以按此开展配管研究等工作。
2.4 设计版（3版）
供建设单位批准版发送建设单位后，一般每个装置应给建设单位两周时间审核。建设单位可以在自己公司内找人审核，也可以从外单位聘请有关专家审核或由建设单位的上级单位派人参加审核。然后，建设单位送回审核意见。这份审核意见要归入工程档案，以备查用。项目负责人及系统工程师应仔细研究建设单位的意见，必要时还应请工艺、自控、配管工程师等参加讨论。然后应与建设单位一起讨论研究，充分交换意见，以求取得一致的见解。修改后的图纸即为设计版。
设计版的P&ID是吸取了设计单位内部各专业和建设单位意见后的成品，是各专业进行详细工程设计的依据。其中，除了用“待定”圈起来的内容外，各专业的设计人员必须严格地按照该版图纸上的规定进行详细工程设计，完成最终的装置布置设计图、配管成品图和正式的材料统计。
在设计版正式出图后，P&ID的每次修改都需在图纸上注明修改符号，一般用正三角形内写上序号表示，如△。当出下一个修改版时，要把前一版的修改符号及修改范围擦去，只留本次的修改符号及修改范围。每次修改，都需在图纸上的修改记录表内填上修改序号、修改内容、修改日期及修改者的姓名。出修改图时，不需把整套P&ID全部复制，只需复制有修改的图纸，并分发各有关专业。
2．5 施工版（4版）
在各专业开展详细工程设计（施工图设计）时，设备制造厂的图纸已陆续到齐。系统工程师应根据这些确认图修改P&ID，使之与设备的实际情况完全一致。另外，根据最终配管图对管系进行详细的水力计算，最后确定管系的管径。此时，可能会要求对某管系进行返工，调整管径。在施工图设计开展的过程中，可能会暴露出一些问题，因此在出P&ID的施工版之前，需要对P&ID再次详细校审，对图中不合理部分及各专业不一致处进行修改，目的是使设计图纸与现场实际情况完全一致，避免返工。施工单位接到施工版后，才能对图中非“待定”部分进行施工。对图纸中标注的“待定”部分，施工单位只能进行施工准备工作，不能进行正式施工。出P&ID 的施工版时，配管施工图已完成，应根据P&ID的施工版对配管施工图、配管模型
及配管材料表再次进行校核。此后，除了圈“待定” 的内容和图面上的小错外，对P&ID不允许再进行修改。若建设单位要求修改设计，应当由建设单位书面提出，经工程负责人签字后，以书面形式通知有关人员才能修改，而且要从PFD开始修改。在施工图设计过程中，由于设备布置的变化及其它原因，会发现公用工程配管的支管引出次序及连接位置与P&ID有较大的出入，此时，要根据配管图的实际情况在施工版中修改公用工程图（UID）。由配管专业提出草图，系统专业改图。
2.6 竣工版（5版）
施工过程中，P&ID不允许大改或大返工，但小的错误或图纸与现场情况不符是允许修改的，并由设计代表根据施工实际情况修改P&ID成竣工图。此版图是在竣工结束后完成。但在大部分情况下，由于施工版与实际情况很接近，就不出P&ID的竣工版了。
P&ID设计过程中，各专业的修改、补充都由系统专业工程师转移到原图上；当然，系统专业工程师的修改也在原图上进行。这样可避免在众多的图纸中找不到基准而造成混乱。
过去我们习惯于设计一气呵成，这不符合事物发展的规律。各专业之间发展的不平衡、设备定货的落实与否、制造厂条件的返回等，都将导致图纸不可能一次完成。因此，P&ID的设计应不断加深、不断升版，形成图纸的不同版本，逐步使设计趋于完善。
随着计算机辅助设计的发展，在P&ID设计过程中，计算机的应用也日渐增多，并经历了三个发展阶段。第一阶段是利用计算机来完成P&ID的制图工作。第二阶段是直接利用计算机进行P&ID的设计。既可提高设计质量，也可节省设计工时。同时，还可利用计算机校核图纸间的衔接。第三阶段是计算机辅助设计系统的问世。它除了具有第二阶段的各项功能外，还可以在制图的同时，得到P&ID的设备一览表、管道数据表、仪表一览表、阀门一览表、管件一览表、特殊管路附件表等。由于这些表是计算机根据P&ID图面显示统计得到的，不会存在人工制表时的差错，为减少设计工时，提高工程设计质量创造了良好的条件。
3 .P&ID设计所需资料
设计P&ID的过程中，需要很多资料。收集和准备好这些资料，是保证P&ID设计顺利进行的一个重要条件。这些资料包括PFD、设备资料、自控方案等。
（l）PFD
P&ID是在PFD的基础上发展起来的。所以，在设计P&ID之前，必须有一份经过有关部门批准的、比较详细的PFD作为P&ID设计的依据。
（2）设备
由于在P&ID上要标出有关设备的型式、台数、基础数据和尺寸，所以必须有完整的工艺设备性能要求。
在工艺流程中，有不少非定型设备和定型设备。在绘制P&ID的过程中，必须有这些非定型设备的简图和定型设备总图，才能知道管口的尺寸、联接形式、法兰的压力等级和法兰面形式等。这些内容在绘制P&ID时是必要的。
（3）自控方案
重要的自控方案必须由工艺、自控专业联合提出。一般的自控方案可以由P&ID设计者自行决定，然后由自控专业修改。
（4）推荐配管材质表
推荐表应能满足工艺对配管材质的要求，应有管道等级等。
（5）有关的标准规范
有关的标准规范应包括工程规定（如保温、伴热、配管、仪表方面的规定等）和工程采用的标准、图例等。它关系到整个工程的统一性和工程的水平，须由工程负责人组织有关人员提出。
（6）类似装置的P&ID
若有类似装置的P&ID可供参考，则有利于吸取他人的经验。在他人工作的基础上起步，事半功倍。
（7）流程介绍
流程应介绍其生产特点及整个生产过程的简要情况。
（8）开停车及装置的操作特点
根据该资料应当了解设计中须做哪些特殊考虑和处理。
（9）仪表一览表。
（10）设备一览表。
在开始绘制P&ID时，上述资料不可能全部具备。只要有主要部分就可开展工作，但要在工作过程中将其它部分逐步汇集完全，以保证P&ID设计工作的顺利开展。
4.P&ID的图面布置和制图要求。
P&ID图纸规格一般采用l＃或0＃图纸，以便图面布置。具体要求如下。
（1）设备在图面上的布置，一般是顺流程从左至右。
（2）塔、反应器、储罐、换热器、加热炉等若放在地面上，一般是从图面水平中线往上布置。
（3）压缩机、泵布置在图面下部1／4线以下。
（4）中线以下1／4高度供走管道用。
（5）其它设备要布置在工艺流程要求的位置，如高位冷凝器布置在回流罐的上面，再沸器靠塔放置。
（6）对于无高度要求的设备，在图面上的位置要符合流程流向，以便管道连接。（7）围堰范围也可以在P&ID上表示出来。
（8）一般工艺管线由图纸左右两侧方向出人，与其它图纸上的管道连接。
（9）放空或去泄压系统的管道，在图纸上方或左、右方离开图纸。
（l0）公用工程物料管道有两种表示方法。一种表示方法同工艺管道，从左右或底部出人图纸，或者就近标出公用工程物料代号及相接图纸号。另一种表示方法是在相关设备附近注上公用工程物料代号，如CW、PO表示这台设备需要用冷却水及冲洗油；然后在公用工程流程图上（UID）详细示出与该设备相接的管道尺寸、压力等级、管道号及阀门配置等。这种表示方法常用于标示泵及压缩机等设备的水冷、轴封油以及冲洗油等公用工程物料管道。
（11）所有出人图纸的管道，除可用介质代号表示公用工程物料管道的图纸连接外，都要带箭头，并注出连接图纸号、管道号、介质名称和相接的设备位号等有关内容。
5.P&ID中的典型单元设计
5.1离心泵
（1）泵的吸入阀和排出阀应与管线尺寸相同。但是,如果吸入和排出管线尺寸比泵接管口大两级或两级以上,阀门可以比管线尺寸小一级。
? 当泵为备用泵或停止运转时，在下列情况下应设暖泵管线和/或防凝
管线：
C； a.泵温度超过230
b.环境温度低于工艺流体的凝点。
? 当离心泵(特别是高速离心泵)在流量低于额定流量太多的情况下操作时需设最小流量保护管线。
? 当泵输送在环境温度下饱和蒸汽压大于大气压的液体或处于闪蒸状态的液体时需设一平衡管线以防止蒸汽进入泵体产生汽蚀。
根据工艺要求，可将循环旁路线连回吸入容器，最好在冷却设施之前返回。
（2）一般情况下，需在泵的吸入管线上设置永久过滤器。
永久过滤器选取原则如下：
2" 管线；≤－Y型过滤器
－T型过滤器> 2" 管线。
过滤器外壳材质应适用于所处理工艺物流。永久过滤器的滤网材质应为不锈钢，临时过滤器滤网材质应为碳钢，除非特殊要求。
（3）在输送烃类物流时,如果泵扬程超过7.0MPa应在泵出管线上设置双止逆阀。（4）离心泵和往复泵典型流程详见图5.1.1和5.1.2。
图5.1.1 离心泵
注: 1. 如果需采用永久过滤器,选取原则如下:
2" 管线；≤-Y型
-T型> 2" 管线。
2. 如果需设置暖泵旁路, 3/4"排放阀可取消。
3. 泵的放空和排净详见5.8节。
图5.1.2 往复泵
注: 1. 永久过滤器。
2. 安全阀出口管返回泵吸入管线、吸入罐或指定系统。
5.2容器和储罐
（1）如无特殊工艺要求，应尽可能将安全阀、放空口、排净口、TI和PI口等连接在管线上，减少容器上的管口数。
（2）容器上放空和排净口尺寸的选取详见5.8节。
（3）与离心泵垂直吸入口连接的容器管口应设置防涡流挡板。
（4）所有储罐的工艺管线上应在储罐根部和围堤外侧设置切断阀。
5.3水冷器
（1）水冷器上的冷却水供水、回水管线的设置参见图5.3.1。
（2）冷却水管线上的阀门应按下列原则选取:
进口：闸阀，对于小于4"管线，
蝶阀，对于4"及4"以上管线；
出口：截止阀，对于小于4"管线，
蝶阀，对于4"及4"以上管线。
（3）冷却水管线应采取防冻措施,详见5.12节。
图5.3.1 水冷器系统设置
注: 1.如果无进口阀门，冷却水管不能完全切断，则冷却水侧不需设膨胀用安全阀。
5.4蒸汽透平
（1）从蒸汽总管引入透平机的分支蒸汽管线应分别在靠近总管和透平机的位置设置切断阀。如果已设置自启动开关阀，靠近透平机的切断阀可以省掉。
（2）如果透平排出蒸汽与总管相连，透平排出管线上应设切断阀，切断阀之前应设安全阀，安全阀的泄放量为事故情况下最大蒸汽负荷。透平系统的所有低点都应设置疏水器。
（3）蒸汽透平系统流程图详见图5.4.1。
图5.4.1 蒸汽透平机
注： 1. 将切断阀设置在距总管尽可能近的地方。
2. Y型过滤器。
3. 若透平为自启动,该阀应锁定开。
4. 透平机旁路(至少3/4")。
5. 疏水器数目根据透平厂商要求确定。
6. 疏水器设置在高压管线的低点。
7. 自启动情况下,用开关阀;手动启动情况下,用截止阀。
8. 开车旁路。
5.5加热炉
（1）燃料气分离罐应尽可能安装在加热炉附近, 距离应不小于7.5m。
（2）点火燃料气总管应设置Y型过滤器(至少30目), 并从燃料气控制阀上游的燃料气总管处引出。
（3）引向各烧嘴的管线的系统图参见图5.5.1。将引向烧嘴的管线上的阀门放置到邻近观察门位置，以便于一边观察火焰一边调节烧嘴。连接烧嘴管线不应采用软管。（4）采用液体燃料的加热炉应设置中压蒸汽吹灰器。
（5）应在炉子总管箱和燃烧室设置熄炉保护系统(如蒸汽保护系统)。
（6）从加热炉去蒸馏塔的输送管线，一经离开炉子即引向高于塔进口标高高度。该输送管线应坡向蒸馏塔。
图5.5.1 加热炉烧嘴系统典型流程
5.6控制阀
（1）除非有工艺或安全方面的要求，2"及2"以下的控制阀应设有旁路和切断阀，与联锁系统连接的控制阀只设切断阀，不设旁路。对于2"以上的控制阀，若阀上带有手轮可不设旁路。
（2）在控制阀和其上游的切断阀之间应设有3/4"的排净阀。
（3）如果由于物料闪蒸致使控制阀后管径变大，控制阀后的切断阀尺寸应等于变大后的管径或比其小一级。
（4）6"及6"以下的旁路阀应选截止阀，6"以上的旁路阀应选闸阀。
（5）P&ID上的控制阀应注明以下内容：
－位号；
－事故开关位置(FO，FC，FL）。
图5.6.1 控制阀组
注：6"管线; 1. 截止阀
闸阀> 6"管线。
PID调节和温度控制原理
P I D调节和温度控制原理 字体大小：||2006-10-2123:17-阅读：209-：0 当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。 比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数P设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数P设定为4%，表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。积分运算的目的是消除偏差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240秒时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。 PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制： 1、温度设定 2、P值 3、I值 4、D值
PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D 代表微分。 比例运算（P） 比例控制是建立与设定值（SV）相关的一种运算，并根据偏差在求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运算值回复到先前值（前馈运算）。若出现静差（残余偏差），可用减小P方法减小残余偏差。如果P太小，反而会出现振荡。 积分运算（I） 将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。 微分运算（D） 比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。 通常，对于温度控制的理解，是觉得其技术成熟且改变不大。有一些工业的应用，不仅对时间进行精确的控制，而且在当设定值改变时，对于快速加温阶段和扰动的快速响应形成最小程度的过冲（overshoot）和下冲（undershoot）。一般采用的PID控制技术难以满足这些特殊的场合。
位置式PID控制原理
PID 控制原理 有哥们5分提供的，想现在免费吧？ PID 控制是一种在工业生产中应用最广泛的控制方法，其最大的优点是不需要了解被控对象精确的数学模型，进行复杂的理论计算。只需要在线根据被控变量与给定值之间的偏差以及偏差的变化率等简单参数，通过工程方法对比例系数P K 、积分时间I T 、微分时间D T 三个参数进行调整，就可以得到令人满意的控制效果。PID 控制算法可以分为位置型控制算法和增量型控制算法，本文主要讨论位置型控制算。 1 自动控制性能指标的相关概念 1.1系统的响应速度 指控制系统对偏差信号做出反映的速度，也叫做系统灵敏度。一般可以通过上升时间r t 和峰值时间p t 进行反应。上升时间和峰值时间越短，则系统的响应速度越快。 1.2系统的调节速度 系统的快速性主要由调节时间来反映，系统的调节时间越短，则系统的快速性越好。
系统的快速性与响应速度是两个不同的概念，响应速度快的系统，其调节时间不一定短；调节时间短的系统，其响应速度不一定很高。 1.3系统的稳定性 系统的稳定性一般用超调量%σ来反映，超调量越小，系统的稳定性越好；超调量越大，系统的稳定性越差。系统的稳定性与系统的响应速度是一对矛盾体。 2 PID 控制算法式的推导 PID 控制器的微分方程为： 00]) ()(1)([)(u dt t de T dt t e T t e K t u D t I P +++ =? 式中：)(t e —给定值与被控变量的偏差 P K —比例系数 I T —积分时间常数 D T —微分时间常数 t —从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔 0u —PID 调节开始之前瞬间，执行器的输入控制信号，在调节过程中为固定值 比例项：)()(t e K t u P P = 积分项：?=t I P I dt t e T K t u 0 )(1 )( 微分项：dt t de T K t u D P D ) ()(= 对上式进行离散化可得数字式PID 控制算式为： )()(n e K n u P P =
PID控制的基本原理
S lim e (t ) = 1 +RK t →∞ PID 控制的基本原理 1．PID 控制概述 当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。测量关 心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制中应用的关键是： 做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。 在过去的几十年里，PID 控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术 飞速发展的今天，在工业过程控制中 95%以上的控制回路都具有 PID 结构，而且许多高级控制都是以 PID 控制为 基础的。 PID 控制器由比例单元（P ）、积分单元（I ）和微分单元（D ）组成，它的基本原理比较简单，基本的 PID 控 制规律可描述为： G (S ) = K P + K 1 + K D S (1-1) PID 控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需设定三个参数（ K P ， K I 和 K D ） 即可。在很多情况下，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。 PID 控制具有以下优点： （1） 原理简单，使用方便，PID 参数 K P 、K I 和 K D 可以根据过程动态特性变化，PID 参数就可以重 新进行调整与设定。 （2） 适应性强，按 PID 控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前最新式的过程控制计算机，其 基本控制功能也仍然是 PID 控制。PID 应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也 可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行 PID 控制了。 （3） 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。 但不可否 认 PID 也有其固有的缺点。PID 在控制非线性、时变、偶合及参数和结构不缺点的复杂过程时，效果不是太好； 最主要的是：如果 PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。 在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但 PID 仍因其自身的优 点而得到了最广泛的应用，PID 控制规律仍是最普遍的控制规律。PID 控制器是最简单且许多时候最好的控制器。 在过程控制中，PID 控制也是应用最广泛的，一个大型现代化控制系统的控制回路可能达二三百个甚至更多， 其中绝大部分都采用 PID 控制。由此可见，在过程控制中，PID 控制的重要性是显然的，下面将结合实例讲述 PID 控制。 1.1.1 比例（P ）控制 比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输 出存在稳定误差。比例控制器的传递函数为： G C (S ) = K P (1- 2) 式中， K P 称为比例系数或增益（视情况可设置为正或负），一些传统的控制器又常用比例带（Proportional Band ， PB ），来取代比例系数 K P ，比例带是比例系数的倒数，比例带也称为比例度。 对于单位反馈系统，0 型系统响应实际阶跃信号 R 0 1(t)的稳态误差与其开环增益 K 近视成反比，即： t →∞ 对于单位反馈系统，I 型系统响应匀速信号 (1- 3) R 1 (t)的稳态误差与其开环增益 K v 近视成反比, 即: lim e (t ) = R 1 K V (1- 4)
自动控制学习笔记(注释)(PID控制原理)
PID控制原理 PID算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性（系统抵御各种扰动因素——包括系统部结构、参数的不确定性，系统外部的各种干扰等的能力）好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。 将偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。 模拟PID控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。 常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。 模拟PID控制系统原理图 该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t) (te) = r(t) ? y(t)（式1－1） e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟PID控制器的控制规律为
u(t) =Kp [e(t) +dt+Td]（式1－2） 其中：Kp――控制器的比例系数 Ti－－控制器的积分时间，也称积分系数 Td――控制器的微分时间，也称微分系数 1、比例部分 比例部分的数学式表示是：Kp*e(t) 在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。 2、积分部分 积分部分的数学式表示是： 从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e(t)=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。可见，积分部分可以消除系统的偏差。 积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti。 3、微分部分 微分部分的数学式表示是：Kp*Td 实际的控制系统除了希望消除静态误差外，还要求加快调节过程。在偏差出现的瞬间，或在偏差变化的瞬间，不但要对偏差量做出立即响应（比例环节的作用），而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正。为了实现这一作用，可在PI控制器的基础上加入微分环节，形成PID 控制器。 微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统
位置式PID控制原理
PID 控制原理 PID 控制是一种在工业生产中应用最广泛的控制方法，其最大的优点是不需要了解被控对象精确的数学模型，进行复杂的理论计算。只需要在线根据被控变量与给定值之间的偏差以及偏差的变化率等简单参数，通过工程方法对比例系数P K 、积分时间I T 、微分时间D T 三个参数进行调整，就可以得到令人满意的控制效果。PID 控制算法可以分为位置型控制算法和增量型控制算法，本文主要讨论位置型控制算。 1 自动控制性能指标的相关概念 系统的响应速度 指控制系统对偏差信号做出反映的速度，也叫做系统灵敏度。一般可以通过上升时间r t 和峰值时间p t 进行反应。上升时间和峰值时间越短，则系统的响应速度越快。 系统的调节速度 系统的快速性主要由调节时间来反映，系统的调节时间越短，则系统的快速性越好。
系统的快速性与响应速度是两个不同的概念，响应速度快的系统，其调节时间不一定短；调节时间短的系统，其响应速度不一定很高。 系统的稳定性 系统的稳定性一般用超调量%σ来反映，超调量越小，系统的稳定性越好；超调量越大，系统的稳定性越差。系统的稳定性与系统的响应速度是一对矛盾体。 2 PID 控制算法式的推导 PID 控制器的微分方程为： 00]) ()(1)([)(u dt t de T dt t e T t e K t u D t I P +++ =? 式中：)(t e —给定值与被控变量的偏差 P K —比例系数 I T —积分时间常数 D T —微分时间常数 t —从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔 0u —PID 调节开始之前瞬间，执行器的输入控制信号，在调节过程中为固定值 比例项：)()(t e K t u P P = 积分项：?=t I P I dt t e T K t u 0 )(1 )( 微分项：dt t de T K t u D P D ) ()(= 对上式进行离散化可得数字式PID 控制算式为： )()(n e K n u P P =
PID控制器原理
中图分类号：tp273 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2014）18-0295-02 工业生产自动化的过程控制调节装置是实现自动控制的重要工具。在自动化系统中，检测仪器把控制系统的参数变为电信号然后把信号传送给过程控制调节器，最终达到生产的自动控制，使过程参数合符预期的要求。 在工业生产应用中，pid调节器以其结构简单、稳定性好，控制方便、可靠性高的优点得到广泛应用。在现实中，选择控制系统方案时，对那些未能建立精确的数字模型式被控制对象的参数未能完全掌握（必须依靠经验和现场测定调整的时候）优先选用pid控制技术。pid控制器是根据系统的误差利用比例，积分、微分计算出控制量对系统实施控制。 一、pid调节规律 在定值自动调节系统中，由于扰动的因素，使被调节参数偏离给定值，即产生了偏差，这种偏差等放于产生被调值与给定值的差值： 式中为偏关，u被调节测定值，给定值。 为了使参数回到预定值，我们把偏差信号输入调节器，经规率运算后，给出输出信号进行调节，以补偿扰动的影响，使被调节参数回到给定值。输出信号随输入信号有规律地变化，它的特性决定了被调节参数能否准确地回到给定值，以及回位的时间，调节的质量如何等，以下是调节器调节规律的数字方式描述： 1、微分方程式 pid控制器中各校正环节的作用如下： （1）比例环节及时成比例地反映系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生调节作用，以减少偏差。 （2）和分环节主要用于消除静差提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间，越大积分作用越弱，反之则越强。 （3）微分环节所反映偏差信号的变化趋势即偏差信号的变化率，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的调整速度。 根据模拟pid控制表达式（2-4）.通过将模拟pid表达式中的积分，微分运用数值计算方法来迫近，便可以实现数字pid控制。只要采样周期t取得足够小，这种迫近就可以相当精准。 三、pid调节器的组成 pid调节器主要由输入电路，运算电路和输出电路组成。输入信号一般来自变送器的测量信号。在输入电路中与给定值进行比较，生成的偏差信号通过pid调节器处理后经输出电路输出调节信号。该信号作为执器的调节信号。 1、输入电路 pid调节器的输入电路一般包括内外给定切换开关，正反作用开关及内给定稳压电源电路，偏差检测电路。给定电压可由稳压电源电路提供（内给定）也可用外来信号作给定信号。 pid调节器用正反作开关变换正作用特性和反作用特性。根据系统的要求pid调节器是有反作用特性，即在负偏差绝对值增大时增加pid调节器的输出，当系统要求pid调节器具有正作用特性时在正偏差增加大时增加pid调节器的输出。由于用同一个运算电路，故需设正反作用开头，以转换偏差信号的极性。 偏差检测电路是一个减法电路，它把pid调节器的输入信号vi与给定信号进行比较，即vo=vi-vp当vo为正数时为正偏差，反之为负偏差。 2、pid调节器运算电路 pid调节器运算电路用以对偏差信号进行比例，、微分、积分的运算，它是pid调节器的核心。其作用和原理如前所述。
什么是PID控制及原理
在一些系统中，需要进行PID控制，如一些板卡采集系统，甚至在一些DCS和PLC的系统中有时要扩充系统的PID控制回路，而由于系统硬件和回路的限制需要在计算机上增加PID控制回路。在紫金桥系统中，实时数据库提供了PID控制点可以满足PID控制的需要。 进入到实时数据库组态，新建点时选择PID控制点。紫金桥提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、实际微分等多种控制方式。 进行PID控制时，可以把PID的PV连接在实际的测量值上，OP连接在PID实际的输出值上。这样，在实时数据库运行时，就可以自动对其进行PID控制。 PID参数的调整： 在PID参数进行整定时如果能够有理论的方法确定PID参数当然是最理想的方法，但是在实际的应用中，更多的是通过凑试法来确定PID的参数。 增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。 增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。
在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。 首先整定比例部分。将比例参数由小变大，并观察相应的系统响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已经小到允许范围内，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器即可。 如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则必须加入积分环节。在整定时先将积分时间设定到一个比较大的值，然后将已经调节好的比例系数略为缩小(一般缩小为原值的0.8)，然后减小积分时间，使得系统在保持良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据系统的响应曲线的好坏反复改变比例系数和积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数。 如果在上述调整过程中对系统的动态过程反复调整还不能 得到满意的结果，则可以加入微分环节。首先把微分时间D设置为0，在上述基础上逐渐增加微分时间，同时相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直至得到满意的调节效果。 PID控制回路的运行： 在PID控制回路投入运行时，首先可以把它设置在手动状态下，这时设定值会自动跟踪测量值，当系统达到一个相对稳定的状态后，再把它切换到自动状态下，这样可以避免系统频繁动作而导致系统不稳定。 复杂回路的控制：
PID控制详解
PID 控制原理和特点 工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID 控制，又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、 调整方便而成为工业控制主要技术之一。当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确 数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调 试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或 不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID 控制技术。PID 控制，实际中也有PI 和 PD 控制。PID 控制器就是系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。 1、比例控制(P)： 比例控制是最常用的控制手段之一，比方说我们控制一个加热器的恒温 100 度，当开始加热 时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过 100 度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数 e(t) = SP – y(t)- u(t) = e(t)*P SP ——设定值 e(t)——误差值 y(t)——反馈值 u(t)——输出值 P ——比例系数 滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为 有滞后性。 也就是如果设定温度是 200度，当采用比例方式控制时，如果P 选择比较大，则会出现当温 度达到 200度输出为 0 后，温度仍然会止不住的向上爬升，比方说升至 230 度，当温度超过 200 度太多后又开始回落，尽管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度 才会止跌回升，比方说降至 170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。 如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制 2、比例积分控制(PI)： 积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进，它常与比 例一块进行控制，也就是PI 控制。 其公式有很多种，但大多差别不大，标准公式如下： u(t) = Kp*e(t) + Ki ∑e(t) +u0 u(t)——输出 Kp ——比例放大系数 Ki ——积分放大系数 e(t)——误差 u0——控制量基准值(基础偏差) 大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控
PID控制规律
当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为 u(t)=kp[e(t)+(1/TI)*∫e(t)dt+TD*de(t)/dt)] 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s] 其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。 在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。 在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决：如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保
PID控制原理和实例
PID控制原理和特点 143401010529 二班李卓奇 工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一。当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID 控制器就是系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。 1、比例控制（P）： 比例控制是最常用的控制手段之一，比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数 e(t) = SP – y(t)- u(t) = e(t)*P SP——设定值 e(t)——误差值 y(t)——反馈值 u(t)——输出值 P——比例系数 滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控
对象中因为有滞后性。 也就是如果设定温度是200度，当采用比例方式控制时，如果P选择比较大，则会出现当温度达到200度输出为0后，温度仍然会止不住的向上爬升，比方说升至230度，当温度超过200度太多后又开始回落，尽管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升，比方说降至170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。 如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制 2、比例积分控制（PI）： 积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进，它常与比例一块进行控制，也就是PI控制。 其公式有很多种，但大多差别不大，标准公式如下： u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) +u0 u(t)——输出 Kp——比例放大系数 Ki——积分放大系数 e(t)——误差 u0——控制量基准值（基础偏差） 大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越来越大，最终达到消除静态误差的目的 PI两个结合使用的情况下，我们的调整方式如下： 1、先将I值设为0，将P值放至比较大，当出现稳定振荡时，我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止（术语叫临界振荡状态），在有些情况下，我们还可以在些P值的基础上再加大一点。 2、加大I值，直到输出达到设定值为止。 3、等系统冷却后，再重上电，看看系统的超调是否过大，加热速度是否太慢。 通过上面的这个调试过程，我们可以看到P值主要可以用来调整系统的响应速度，但太大会增大超调量和稳定时间；而I值主要用来减小静态误差。 pid 算法 控制点目前包含三种比较简单的ＰＩＤ控制算法，分别是：增量式算法，位置式算法，微分先行。这三种是最简单的基本算法，各有其特点，一般能满足控制的大部份要求：
pid控制原理：看完这三个故事你就明白了
PID控制原理：看完这三个故事，你就明白了 一、PID的故事 小明接到这样一个任务：有一个水缸点漏水(而且漏水的速度还不一定固定不变)，要求水面高度维持在某个位置，一旦发现水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。小明接到任务后就一直守在水缸旁边，时间长就觉得无聊，就跑到房里看小说了，每30分钟来检查一次水面高度。水漏得太快，每次小明来检查时，水都快漏完了，离要求的高度相差很远，小明改为每3分钟来检查一次，结果每次来水都没怎么漏，不需要加水，来得太频繁做的是无用功。几次试验后，确定每10分钟来检查一次。这个检查时间就称为采样周期开始小明用瓢加水，水龙头离水缸有十几米的距离，经常要跑好几趟才加够水，于是小明又改为用桶加，一加就是一桶，跑的次数少了，加水的速度也快了，但好几次将缸给加溢出了，不小心弄湿了几次鞋，小明又动脑筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，几次下来，发现刚刚好，不用跑太多次，也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为比例系数小明又发现水虽然不会加过量溢出了，有时会高过要求位置比较多，还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法，在水缸上装一个漏斗，每次加水不直接倒进水缸，而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解决了，但加水的速度又慢了，有时还赶不上漏
水的速度。于是他试着变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度，最后终于找到了满意的漏斗。漏斗的时间就称为积分时间小明终于喘了一口，但任务的要求突然严了，水位控制的及时性要求大大提高，一旦水位过低，必须立即将水加到要求位置，而且不能高出太多，否则不给工钱。小明又为难了！于是他又开努脑筋，终于让它想到一个办法，常放一盆备用水在旁边，一发现水位低了，不经过漏斗就是一盆水下去，这样及时性是保证了，但水位有时会高多了。他又在要求水面位置上面一点将水凿一孔，再接一根管子到下面的备用桶里这样多出的水会从上面的孔里漏出来。这个水漏出的快慢就称为微分时间看到几个问采样周期的帖子，临时想了这么个故事。微分的比喻一点牵强，不过能帮助理解就行了，呵呵，入门级的，如能帮助新手理解下PID，于愿足矣。故事中小明的试验是一步步独立做，但实际加水工具、漏斗口径、溢水孔的大小同时都会影响加水的速度，水位超调量的大小，做了后面的实验后，往往还要修改改前面实验的结果。二、控制模型：人以PID控制的方式用水壶往水杯里倒印有刻度的半杯水后停下；设定值：水杯的半杯刻度；实际值：水杯的实际水量；输出值：水壶的倒处数量和水杯舀出水量；测量传感器：人的眼睛执行对象：人正执行：倒水反执行：舀水1、P 比例控制，就是人看到水杯里水量没有达到水杯的半杯刻度，就按照一定水量从水壶里王水杯里倒水
PID控制的原理和特点
PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期； (3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
PID调节和温度控制原理
PID调节和温度控制原理 字体大小：大| 中| 小2006-10-21 23:17 - 阅读：209 - 评论：0 当通过热电偶采集的被测温度偏离所希望的给定值时，PID控制可根据测量信号与给定值的偏差进行比例（P）、积分（I）、微分（D）运算，从而输出某个适当的控制信号给执行机构，促使测量值恢复到给定值，达到自动控制的效果。 比例运算是指输出控制量与偏差的比例关系。比例参数P设定值越大，控制的灵敏度越低，设定值越小，控制的灵敏度越高，例如比例参数P设定为4%，表示测量值偏离给定值4%时，输出控制量变化100%。积分运算的目的是消除偏差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动。积分时间是表示积分作用强度的单位。设定的积分时间越短，积分作用越强。例如积分时间设定为240秒时，表示对固定的偏差，积分作用的输出量达到和比例作用相同的输出量需要240秒。比例作用和积分作用是对控制结果的修正动作，响应较慢。微分作用是为了消除其缺点而补充的。微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使控制过程尽快恢复到原来的控制状态，微分时间是表示微分作用强度的单位，仪表设定的微分时间越长，则以微分作用进行的修正越强。 PID模块操作非常简捷只要设定4个参数就可以进行温度精确控制： 1、温度设定 2、P值
3、I值 4、D值 PID模块的温度控制精度主要受P、I、D这三个参数影响。其中P代表比例，I代表积分，D代表微分。 比例运算（P） 比例控制是建立与设定值（SV）相关的一种运算，并根据偏差在求得运算值（控制输出量）。如果当前值（PV）小，运算值为100%。如果当前值在比例带内，运算值根据偏差比例求得并逐渐减小直到SV和PV匹配（即，直到偏差为0），此时运算值回复到先前值（前馈运算）。若出现静差（残余偏差），可用减小P方法减小残余偏差。如果P太小，反而会出现振荡。 积分运算（I） 将积分与比例运算相结合，随着调节时间延续可减小静差。积分强度用积分时间表示，积分时间相当于积分运算值到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需要的时间。积分时间越小，积分运算的校正时间越强。但如果积分时间值太小，校正作用太强会出现振荡。 微分运算（D） 比例和积分运算都校正控制结果，所以不可避免地会产生响应延时现象。微分运算可弥补这些缺陷。在一个突发的干扰响应中，微分运算提供了一个很大的运算值，以恢复原始状态。微分运算采用一个正比于偏差变化率（微分系数）的运算值校正控制。微分运算的强度由微分时间表示，微分时间相当于微分运算值达到比例运算值在阶跃偏差响应下达到的作用所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。
自动控制学习笔记(PID控制原理)
PID控制原理 PID算法就是最早发展起来得控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性(系统抵御各种扰动因素——包括系统内部结构、参数得不确定性,系统外部得各种干扰等得能力)好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制与运动控制中。尤其就是随着计算机技术得发展,数字PID控制被广泛地加以应用,不同得PID控制算法其控制效果也各有不同。 将偏差得比例(Proportion)、积分(Integral)与微分(Differential)通过线性组合构成控制量,用这一控制量对被控对象进行控制,这样得控制器称PID控制器。 模拟PID控制原理 在模拟控制系统中,控制器最常用得控制规律就是PID控制。 常规得模拟PID控制系统原理框图如图所示。 (te) = r(t) ? y(t) (式1－1) e (t)作为PID控制得输入,u(t)作为PID控制器得输出与被控对象得输入。所以模拟PID控制器得控制规律为 u(t) =Kp [e(t) +dt+Td](式1－2) 其中:Kp――控制器得比例系数 Ti－－控制器得积分时间,也称积分系数 Td――控制器得微分时间,也称微分系数 1、比例部分 比例部分得数学式表示就是:Kp*e(t)
在模拟PID控制器中,比例环节得作用就是对偏差瞬间作出反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差得方向变化。控制作用得强弱取决于比例系数Kp,比例系数Kp越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程得静态偏差也就越小;但就是Kp越大,也越容易产生振荡,破坏系统得稳定性。故而,比例系数Kp选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定得效果。 2、积分部分 积分部分得数学式表示就是: 从积分部分得数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它得控制作用就不断得增加;只有在偏差e(t)=0时,它得积分才能就是一个常数,控制作用才就是一个不会增加得常数。可见,积分部分可以消除系统得偏差。 积分环节得调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统得响应速度,增加系统得超调量。积分常数Ti越大,积分得积累作用越弱,这时系统在过渡时不会产生振荡;但就是增大积分常数会减慢静态误差得消除过程,消除偏差所需得时间也较长,但可以减少超调量,提高系统得稳定性。当Ti较小时,则积分得作用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消除偏差所需得时间较短。所以必须根据实际控制得具体要求来确定Ti。 3、微分部分 微分部分得数学式表示就是:Kp*Td 实际得控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程。在偏差出现得瞬间,或在偏差变化得瞬间,不但要对偏差量做出立即响应(比例环节得作用),而且要根据偏差得变化趋势预先给出适当得纠正。为了实现这一作用,可在PI控制器得基础上加入微分环节,形成PID控制器。 微分环节得作用使阻止偏差得变化。它就是根据偏差得变化趋势(变化速度)进行控制。偏差变化得越快,微分控制器得输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用得引入,将有 微分部分得作用由微分时间常数Td决定。Td越大时,则它抑制偏差e(t)变化得作用越强;Td 越小时,则它反抗偏差e(t)变化得作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大得作用。 适当地选择微分常数Td,可以使微分作用达到最优。 数字式PID控制算法可以分为位置式PID与增量式PID控制算法。 1、位置式PID算法 由于计算机控制就是一种采样控制,它只能根据采样时刻得偏差计算控制量,而不能像模拟控制那样连续输出控制量量,进行连续控制。由于这一特点(式1－2)中得积分项与微分项不能直
PID控制原理与调整方法
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）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499°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。
PID控制原理讲解
PID控制原理讲解 经常有人问有关PID的用法，看一些有关单片及应用的书上都有关于PID的应用原理，但是面对具体的问题就不知道如何应用了，主要的问题是里面所用到的参数以及计算结果需要进行什么 经常有人问有关PID的用法，看一些有关单片及应用的书上都有关于PID的应用原理，但是面对具体的问题就不知道如何应用了，主要的问题是里面所用到的参数以及计算结果需要进行什么处理，通过什么样的换算才能具体的应用于实际，另外在计算方法上也存在着数值计算的算法问题，今天我在这里例举温度控中的PID部分，希望能够把PID的具体应用说明白。 一般书上提供的计算公式中的几个名词： 1. 直接计算法和增量算法，这里的所谓增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的 结果是增量，也就是说，在上一次的控制量的基础上需要增加（负值意味着减少）控制量，例如对于可控硅电机调速系统，就是可控硅的触发相位还需要提前（或迟后）的量，对于温度控制就是需要增加（或减少）加热比例，根据具体的应用适当选择采用哪一种算法，但基本的控制方法、原理是完全一样的，直接计算得到的是当前需要的控制量，相邻两次控制量的差就是增量； 2. 基本偏差e(t),表示当前测量值与设定目标间的差，设定目标是被减数，结果可以是正或负，正 数表示还没有达到，负数表示已经超过了设定值。这是面向比例项用的变动数据。 3. 累计偏差Σ(e)= e(t)+e(t-1)+e(t-2)+…e(1)，这是我们每一次测量到的偏差值的总和，这是代 数和，考虑到他的正负符号的运算的，这是面向积分项用的一个变动数据。 4. 基本偏差的相对偏差e(t)-e(t-1)，用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，用于考察当前控 制的对象的趋势，作为快速反应的重要依据，这是面向微分项的一个变动数据。 5. 三个基本参数：Kp，Ki，Kd.这是做好一个控制器的关键常数，分别称为比例常数、积分常数和 微分常数，不同的控制对象他们需要选择不同的数值，还需要经过现场调试才能获得较好的效果。 6. 标准的直接计算法公式： Pout(t)=Kp*e(t)+Ki*Σe(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))； 上一次的计算值： Pout(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*Σe(t-1)+Kd*(e(t-1)-e(t-2))； 两式相减得到增量法计算公式： Pdlt=Kp*(e(t)-e(t-1)+Ki*Σe(t)+Kd*(e(t)-2*e(t-1)+e(t-2))； *这里我们对Σ项的表示应该是对e(i)从1到t全部总和，但为了打字的简便就记作Σe(t). 三个基本参数Kp，Ki，Kd.在实际控制中的作用： 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，甚至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越小，积分