PID控制及其基本知识
PID控制的基本原理(PLC实现)
关于PID 控制一、PID 控制的结构在工程实际中，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60年的历史了，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和可靠的技术工具。
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，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的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的参数的时候，便最适合用PID 控制技术。
PID 控制包含比例、积分、微分三部分，实际中也有PI 和PD 控制器。
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，图1.1中给出了一个PID 控制的结构图：图 1.1 PID 控制的结构图控制器输出和控制器输入（误差）之间的关系在时域中可用公式(1.1)表示如下：])(1)()([)(⎰++=dt t e T dt t de T t e K t u id p （1.1） 公式中，)(te 表示误差，也是控制器的输入，)(t u 是控制器的输出， p K 、d T 与i T 分别为比例系数、 积分时间常数及微分时间常数。
(1.1)式又可表示为：)()()(s E sK s K K s U i d p ++= （1.2） 公式中，)(s U 和)(s E 分别为)(t u 和)(t e 的拉氏变换，p K 、d p d T K K =、i p i T K K =分别为控制器的比例、积分、微分系数。
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态误差（Steady-state error）。
1.2 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。
pid简单原理(一)
- 什么是PID控制器- PID控制器是指比例-积分-微分控制器，是一种广泛应用于工业控制系统中的控制器。
- 它通过比例项、积分项和微分项来调节控制系统的输出，以使系统的实际输出值尽可能接近设定值。
- 比例项- 比例项是根据系统的偏差来调整控制器的输出。
- 当偏差增大时，比例项也随之增大，从而加快系统对偏差的响应速度。
- 但是，如果比例项设置过大，可能会导致系统的震荡和不稳定。
- 积分项- 积分项是根据系统偏差的累积和来调整控制器的输出。
- 它能够消除系统的静态偏差，使系统更快地达到稳定状态。
- 但是，如果积分项设置过大，可能会导致系统的超调和振荡。
- 微分项- 微分项是根据系统偏差的变化率来调整控制器的输出。
- 它能够抑制系统的振荡和减小超调量，提高系统的稳定性。
- 但是，如果微分项设置过大，可能会导致系统的灵敏度过高，使系统对噪声和干扰更为敏感。
- PID控制器的工作原理- 当系统处于稳定状态时，PID控制器主要依靠比例项来调节系统的输出。
- 当系统出现偏差时，积分项开始起作用，逐渐减小偏差，使系统快速达到稳定状态。
- 当系统的偏差变化率较大时，微分项开始起作用，抑制系统的振荡和减小超调量。
- PID控制器的应用- PID控制器广泛应用于温度控制、压力控制、流量控制等工业控制系统中。
- 它能够快速、稳定地调节系统的输出，使系统能够快速达到设定状态并保持稳定。
总结：PID控制器通过比例项、积分项和微分项来调节控制系统的输出，使系统能够快速、稳定地达到设定状态并保持稳定。
它在工业控制系统中有着广泛的应用，能够有效地控制温度、压力、流量等参数。
PID图(工艺仪表流程图)基础知识培训
化工行业
03
02
01
PID图用于描述药物制备的详细流程，包括原料的加入、反应条件和产物的分离。
药物制备流程
通过PID图选择合适的制药设备，并确定其位置和连接方式。
制药设备
PID图考虑制药过程中的清洁和安全要求，确保生产环境的卫生和安全。
清洁与安全
制药行业
食品加工流程
PID图用于描述食品加工的流程，包括原料的准备、加工过程和成品的包装。
工艺流程描述
PID图能够清晰地展示工艺流程的各个环节和步骤，包括原料的输入、物料的输送、反应过程、产品的输出等，有助于操作人员了解和掌握工艺流程。
安全管理
PID图可以用于安全管理和风险评估，通过图纸上的信息，可以识别潜在的安全隐患和风险点，采取相应的措施进行预防和控制。
pid图的作用
AutoCAD
确定工艺流程
了解工艺流程的起点和终点，明确工艺流程中各个阶段的顺序和相互关系。
确定物料和能源
明确工艺流程中涉及的原料、中间产物、最终产品以及所需能源的种类和数量。
确定工艺参数
了解工艺流程中关键工艺参数，如温度、压备
根据工艺流程和工艺参数，确定所需的设备种类和数量。
PID图通常采用特定的符号和标记来表示各种设备和管道，以清晰地呈现工艺流程的布局和连接关系。
成本控制
PID图中的详细信息有助于在施工前进行预算和成本估算，帮助企业合理控制成本。
指导施工
PID图是施工过程中的重要依据，它详细列出了管道、阀门、仪表、设备等部件的规格、型号、材料等信息，为施工提供明确的指导。
添加控制装置
根据工艺控制需要，在适当的位置添加控制装置，如调节阀、开关阀等。
添加仪表和控制装置
(完整版)PID控制规律及数字PID基本算法
积分 微分
u* (t )
离散化过程相当于脉冲序列调制过程
脉冲信号：
(t
T
)
kT ) k 0
e*(t) e(t) (t kT ) e(kT ) (t kT ) k 0,1,2,K
k 0
k 0
积分环节的离散化处理
PID控制规律及数字PID基本算法
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知识回顾
系统控制的目标
r(t) e(t)
u(t)
校正环节 Gc (s)
c(t)
执行机构
检测单元
c(t)
被控对象 G(s)
控制目标：系统准确性、稳定性、快速性要求 系统评价：稳态特性、动态特性 稳态特性：稳态误差（误差度），与系统型次及开环增益相关 动态特性：时域指标（超调量、调整时间等）；频域指标（稳定裕度、剪切频率、中频宽度、带宽等 经典系统分析方法：时域、频域法、根轨迹等（开环分析闭环） 系统校正：串联校正、反馈校正、复合校正、频率特性校正
2
2.5
3
time(s)
rin,yout
五、小结与数字PID应用中的核心问题
小结 1、理解并掌握PID控制器中比例、积分、微分在调节系统稳态
特性与动态特性中的作用 2、掌握数字PID位置式、增量式的基本算法与特点 3、能够利用基本程序语言实现位置式增量式的程序编写 后续学习内容 1、PID参数的整定问题（周三实验介绍关于PID工程整定方法及
系统校正单元由基本环节构成，包括比例环节、积分环节、惯性环节、一阶微分、 二阶微分等，其中由比例、积分、微分环节构成的PID控制在工业控制中占有非常重 要的地位，了解PID控制规律、掌握PID控制器设计方法是十分必要的。
PID控制经典培训教程
PID控制经典培训教程PID控制是最广泛应用于工业流程、自动化控制、机器人控制和航空航天技术等领域的一种经典控制方式。
不论是理论还是实践，PID已经被广泛验证和应用。
因此，针对PID控制，很多培训机构和教育机构都推出了各种类型的PID经典培训教程。
本文将详细介绍PID控制经典培训教程的相关知识。
1. PID控制的基本概念首先，需要了解PID控制的基本概念。
PID控制包括三个控制环节，分别是比例（P）、积分（I）和微分（D）。
这三个环节的输出信号被叠加在一起，经过比例系数、积分时间常数和微分时间常数的调整，得到最终的控制信号。
其中，比例控制器的输出与控制偏差成比例，积分控制器的输出与控制偏差的时间积分成比例，微分控制器的输出与控制偏差的时间微分成比例。
三者综合起来，可以实现高效、准确的控制。
2. PID控制的应用场景接下来需要了解的是，PID控制的应用场景。
PID控制广泛应用于机械加工、自动化生产、水处理、温度控制、飞行控制等领域。
从实际应用考虑，PID控制主要具有以下特点：（1）PID控制器具有良好的稳定性，可以保证系统的稳定性和鲁棒性；（2）PID控制器可以对系统进行实时控制，并且响应速度快，能够快速适应系统状态的变化；（3）PID控制器具有简单的结构、易于实现和调整的特点。
3. PID控制器的参数调整方法除了了解PID控制器的基本概念和应用场景，我们还需要知道如何调整PID控制器的参数。
PID控制器的参数调整是关键的一步，直接影响到PID控制器的性能和效果。
常用的PID参数调整方法有以下几种：（1）经验法调参：根据工程师的经验和现场实际情况进行调整，方法简单、直接，但缺乏理论依据；（2）Ziegler-Nichols法调参：通过系统的阶跃响应测试方法，将系统的临界参数、周期和相位波动根据相应的经验公式，计算PID参数；（3）Chien-Hrones-Reswick法调参：根据现场实际情况，将系统的动态响应解析成一组差分方程，然后根据方程计算PID参数。
PID基本概述和参数调整口诀
PID基本概述和参数调整口诀（一）PID基本概述：1、PID是一个闭环控制算法。
因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。
比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。
2、PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。
但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。
我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。
现在知道这只是最简单的闭环控制算法。
3、比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用：比例，反应系统的基本（当前）偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；积分，反应系统的累计偏差，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，直至无误差；微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，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。
但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。
积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。
4、控制器的P,I,D项选择：根据实际的目标系统调试出最佳的PID参数。
（二）常用控制规律的特点：1、比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。
它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。
如：水泵房冷、热水池水位控制；油泵房中间油罐油位控制等。
2、比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。
积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
自动控制原理PID控制知识点总结
自动控制原理PID控制知识点总结在自动控制领域中，PID控制是一种常用的控制策略，它能够在系统的稳态和动态性能之间取得良好的平衡。
PID控制的全称为比例-积分-微分控制，它基于系统反馈误差的大小来调整输出信号，以实现对被控对象的精确控制。
本文将对PID控制的原理以及其中涉及的关键知识点进行总结和概述。
I. PID控制的基本原理PID控制的基本原理可以用下述控制方程来表示：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为控制器的输出信号，e(t)为系统的误差信号，Kp、Ki和Kd分别是控制器的比例、积分和微分增益。
PID控制器根据误差信号的大小和变化率来调整输出信号，从而使系统达到期望的控制效果。
1. 比例控制（Proportional Control）比例控制是PID控制的基础，它根据误差信号的大小与比例增益Kp的乘积来调整输出信号。
比例控制能够通过增大或减小输出信号来减小误差，但它无法使系统完全趋于稳定，且可能导致系统出现震荡现象。
2. 积分控制（Integral Control）积分控制是为了解决比例控制无法使系统稳定的问题而引入的。
积分控制使得输出信号与误差信号的积分有关，即将误差信号累积起来并与积分增益Ki相乘，从而减小系统的静态误差。
然而，积分控制也可能导致系统出现过冲和超调的问题。
3. 微分控制（Derivative Control）微分控制是为了解决积分控制可能导致的过冲问题而引入的。
微分控制考虑了误差信号的变化率，通过乘以误差信号的导数与微分增益Kd的乘积来调整输出信号。
微分控制能够提高系统的动态响应速度和稳定性，但也可能增加系统对噪声的敏感性。
II. PID控制的关键知识点1. 设计PID控制器的方法PID控制器的设计方法有多种，常见的方法包括经验调参法、Ziegler-Nichols方法和模型基准方法等。
根据不同的实际应用场景和系统特性，选择合适的设计方法能够提高系统的控制性能。
PID控制操作
1．熟悉变频器的基本使用控制要求, 熟悉变频器在自动调节控制中PID 的应用。
2. 掌握变频器PID 运行控制的外部连接和有关参数设置及含义。
3．掌握面板操作和外端子操作的PID 运转控制技能。
[基础知识]PID 就是比例、微分、积分控制， 通过变频器实现PID 控制有两种情况：一是变频器内置的PID 控制功能，给定信号通过变频器的键盘面板或端子输入，反馈信号反馈给变频器的控制端，在变频器内部进行PID 调节以改变输出频率；二是用外部的PID 调节器将给定量与反馈量比较后输出给变频器加到控制端子作为控制信号。
总之，变频器的PID 控制是与传感器元件构成的一个闭环控制系统，实现对被控制量的自动调节，在温度、压力等参数要求恒定的场合应用十分广泛，是变频器在节能方面常用的一种方法。
一、FRN2.2G11S-4富士变频器PID 控制线路的连接1、主电路的连接（1）输入端子L1/R 、L2/S 、L3/T 接三相电源。
（2）输出端子U 、V 、W 接电动机，输入、输出端子的接线图参照图2－1－1连接。
（3）PID 控制回路的连接如图2－6－1所示。
第六节 变频器的PID 控制运行操作三相交流380阀门水泵电动机压力变送器外部给定直流电源4～20图2－6－1 PID 控制接线图二、相关功能参数的含义详解及设定操作技能（1）参数设定 按表2－6-1设定相关参数。
表2－6－1 PID 控制参数设定表（2）相关参数含义及设定操作E01 设定值为11，(X1)端子功能频率2/频率1切换此设定参数为频率2/频率1的切换，由外部接点输入信号ON或OFF切换F01和C30预设的频率设定方法。
如表2－5－2所示。
表2－6－2频率设定切换表注意：不要和设定值35同时使用。
如同时选择设定值11和35的话会显示Er6错误代码。
E02 设定值为20，(X2)端子功能PID控制取消此参数为PID控制取消，当外部接点输入信号ON或OFF时PID控制无效或有效。
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发生。
控制参数的整定
•
控制参数有很多整定方法，如可以利用积分准则（ISE、IAE或ITAE等）
求取最佳参数，但这种方法必须知道对象模型，而且比较费时，他一般适用
于科研工作中做方案比较用，还有几种比较实用的方法：
经验法
临界比例度法
衰减振荡法
响应曲线法
经验法
•
若将控制系统按液位、流量、温度和 压力参数来分类，属于同一类别的
微分（D）。
单回路控制系统方框图
•△x = Xm – Xs
•(e=r-b)
△x (e)——偏差(error) Xs (r)——给定值
(setpoint) Xm (b)——测量值
(measurement)
三种运算规律的作用
比例作用(P): 优点：简单，调整方便，反y应迅速。 缺点：容易造成系统震荡，不稳定，且会产生余差。
制阀的具体情况，一般积分时间较大，微分时间约是积分时间的四分之一。
经验法
参数 系统
比例度 积分时间（s）
温度 20-60
3-10
流量 40-100
0.1-1
压力 30-70
0.4-3
液面 20-80
微分时间(s) • 经验法非常有用，工业生产上大多数
0.5-3
系统只要用这种经验法即能满足要求，
假若还需要更精确调整的话，它起码
投运。也就是将工艺生产从手操状态切入自动控制状态。这工作若做的不好，
会给生产带来很大的波动。由于在化工生产中普遍存在高温、高压、易燃、
易爆、有毒等工艺场合，在这些地方投运控制系统，自控人员会担一定风险。
因而控制系统的投运工作往往是鉴别自控人员是否具有足够的实践经验和清
晰的控制理论概念的一个重要标准。在这些严峻的场合投运控制系统必须做
到胆大而心细。
控制系统的投运
详细了解工艺，对投运中可能出现的问题有所估计； 吃透控制系统的设计意图； 在现场，通过简单的操作对有关仪表（包括控制阀）的功能做出是否
可靠且性能是否基本良好的判断； 设置好控制器的正反作用和PID参数； 按无扰动切换的要求将控制从手动切换到自动。
复杂控制系统通常有：
系统，其对象特性往往比较相近，所以无论是控制器形式还是所整定的参数
均可相互参考。经验法即是按受控变量的性质提出控制参数的合理范围。
• a)、流量系统
•
它是典型的快过程，且往往具有噪声，对这种过程，多用比例积分作用，
且比例度要大，积分时间可以小一点。
经验法
• b)、液位系统
•
对只需要实现平均液位控制的地方，宜用纯比例作用，且比例度要大。
于阀门已关闭、已全开或设备（如泵）出现故障而失去控制作用，那
么偏差不会被消除。然而控制器还是要试图校正这个偏差，如果给予
足够时间，积分动作将达到某个限值并停留在该值，这种现象称为积
分饱和现象。
•
为了防止积分饱和现象的发生,通常采用对控制输出进行限幅措
施,对于DCS系统中PID控制采取参数调整也可以防止积分饱和现象的
提供了合适的初值。需要注意的
是这里的按受控变量类型选择控制参数的做法，都是对具有与典型过
程相近的特性而言的，而生产上有时却并非如此，如少数温度系统却
具有流量系统的快速特性，这时控制器的选择和参数整定就应参照典
型流量系统而不是典型的温度系统。
控制系统的投运
•
经过控制系统设计、仪表调校、安装后，接下来的工作就是控制系统的
串级控制系统 前馈控制系统 大纯滞后控制系统 比值控制系统 均匀控制系统 分程控制系统 选择控制系统 推断控制系统
自动化 英买作业区培训教材
u(t)
被控参数对时间的曲线
e SP
余差
t
• u(t)=Pbe(t)+1/Ti∫0tedt+Tdde/dt+u0 • u(t)：控制输出信号 • e(t)：设定值与测量信号之差 • Pb： 比例度 • Ti： 积分时间 • Td： 微分时间 • u0： 当偏差为零时的输出信号，它反映了比例控制的
工作点
什么是PID控制
•
PID控制是控制系统的心脏，他的作用是将测量变送信号与设定值相比较
产生偏差值，并按一定的运算规律产生输出信号给控制对象，最终达到控制
被控对象的目的。
•
我们在2000年DCS系统升级时曾经从桑塔木借用了一个PID控制器，它
是单回路的，手自动可以切换。常Байду номын сангаас的控制规律有比例（P）、积分（I）、
• c)、压力系统
•
压力环路的运行有的很快，有的很慢，对于其性质接近流量系统的仿照
典型流量系统来选择控制器型式和参数，对于有多容对象组成的慢过程，可
以参照典型的温度系统。
d)、温度系统
•
对于间接加热的温度系统，因为它具有测量变送滞后和热传递滞后，所
以显得很缓慢，比例度设置范围为20-60，具体还取决于温度变送范围和控
积分作用(I)： 优点：消除稳态余差。 缺点：积分作用过强时（即Ti 过小），可能使控制系统不稳定,。
微分作用(D)： 优点：超前作用增强，也就是消除控制的滞后，稳定性得到加强。 缺点：对高频噪声起放大作用
积分饱和及其防止
•
积分饱和：对于常规的PI和PID控制器，只要受控变量与设定值
之间有偏差，控制器的积分动作就要使他的输出不停地变化，如果由