在实际工程中,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。PID控制器以其结构简单、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。
PID的故事是一个传统控制方法的例子,它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场。不同的现场,仅仅是PID参数应设置不同,只要参数设置得当,均可以达到很好的控制效果,甚至可以满足0.1%及更高的控制要求。
为了更好地理解PID控制,我们可以从小明的故事开始。想象小明是一个水缸的守卫,他的任务是保持水缸水面的高度在一个特定的位置。他通过观察水面的高度,使用不同的工具和方法来调整水缸的水量,以达到保持水位恒定的目的。
小明首先使用瓢和水桶来加水,但发现水缸的水量经常波动,于是他开始尝试使用更大或更小的工具来调整水量。这就是PID中的比例部分,即通过调整加水的工具大小来影响加水的速度和量。
小明还发现,虽然他可以通过调整工具来控制加水量,但有时水面的高度还是会超过或低于他想要的位置。于是他开始引入积分控制,即通过调整漏斗的时间来控制加水的总量,从而更精确地调整水面的高度。
有时候,水面高度的变化非常快,小明需要立即做出反应。这时他就引入了微分控制,通过观察水面高度变化的速度来预测未来的变化趋势,从而提前做出调整。
在PID参数进行整定时,理论计算和工程整定方法常常结合使用。工程整定方法如临界比例法、反应曲线法和衰减法等,都是通过在实际系统中进行试验和调整来得到合适的PID参数。
PID的15个基本概念包括被调量、设定值、控制输出、输入偏差、P(比例)、I(积分)、D(微分)等。这些概念构成了PID控制的基础,帮助我们更好地理解和应用PID控制。