西门子PID调节应用及技巧性分析

　　工控摘要：要用好PID调节，搞清楚PID的计算公式和PID参数的意义是很有必要的。下面是PID的公式：
　　　　式中误差信号e（t）=SP（t）–PV（t），M（t）是PID控制器的输出值，Kc是控制器的增益（比例系数），Ti和Td分别是积分时间和微分时间，Minitial是M（t）的初始值，实际上是积分的初始值。
　　
　　PID公式的前3项分别与误差、误差的积分和误差的导数成正比。
　　
　　微分、积分是高等数学的概念，建议没有学过高等数学的网友至少要搞清楚微分和积分的几何意义，这对深入理解PID参数的意义有很大的帮助。
　　
　　积分对应于下图中误差曲线e（t）与坐标轴包围的面积（图中的灰色部分）。PID程序是周期性执行的，执行PID程序的时间间隔为Ts（即PID控制的采样周期）。我们只能使用连续的误差曲线上间隔时间为Ts的一些离散的点的值来计算积分，因此不可能计算出准确的积分值，只能对积分作近似计算。
　　
　　一般用下图中的矩形面积之和来近似积分。当Ts较小时，积分的误差不大。
　　　　在误差曲线e（t）上作一条切线（见下图），该切线与x轴正方向的夹角α的正切值tgα即为该点处误差的一阶导数de（t）/dt。PID控制器输出表达式中的导数用下式来近似：
　　
　　de（t）/dt≈Δe（t）/Δt=[e（n）-e（n-1）]/Ts，式中e（n）是第n次采样时的误差值，e（n-1）是第n-1次采样时的误差值。
　　
　　PID调节是目前应用zui广泛调节控制规律，P比例、I积分、D微分控制，简称PID控制。
　　
　　比例控制是一种zui简单的控制方式。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。
　　
　　积分调节可以使系统消除稳态误差。系统如果在进入稳态后存在稳态误差，就必须引入“积分项”。比例+积分（PI）控制可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
　　　　微分作用能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。。对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制能改善系统在调节过程中的动态特性。
　　
　　这是摘录的一个PID参数调整的口诀，以供大家学习参考：
　　
　　参数整定找*，从小到大顺序查
　　
　　先是比例后积分，zui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。
　　
　　PID模糊控制
　　
　　模糊控制的基本思想是总结操作人员的操作经验，用表格的方法实现非线性控制。模糊控制的精度差，稳态误差大，一般还需要和PID结合来减小误差。
　　
　　有很多人（大量的杂志上的文章）实际上并不是这样做的，他们的模糊控制是建立在书上现成的模糊控制表或曲线的。
　　
　　1.模糊控制的关键点在于总结大量的实践数据，然后做成黑匣子，看似神秘，实际都是经验参数！
　　
　　2.模糊控制得到的数据是基于控制设备性能不变的情况下，是较为准确的。一旦使用时间长了，性能有所下降，这些经验参数往往就会有很大的偏颇了。
　　
　　3.即使是同样型号的不同设备，其所处于的工艺环境，工艺流程，工艺特性的不同，其性能也会有差别，因此不能做到模糊控制中同一数据的重复性使用。
　　
　　4.模糊控制的理念是很好的，zui起码是超前控制，但就目前而言，其实用性，动态性还是不如传统的PID。
　　
　　5.传统PID是滞后控制，在目前的大多数工艺环境下，还是可以满足控制的需求的。
　　
　　6.基于传统PID的特点，也延展了不同的控制方式，如串级调节，三冲量调节，分程调节，步进式等等。
　　
　　7.个人觉得：随着电子，网络，计算机的飞速发展，传统PID的滞后也会改善的更好，其动态调节特性是模糊控制所不能比拟的。