介绍P ID控制原理;比例、积分、微分各种作用的特点。介绍典型温度自动控制系统具体的实现步骤及各组成部分分析;温度自动控制具体实施方案。

PID控制算法在温度自动控制系统中的应用

黄利泉

(黑龙江中盟龙新化工有限公司,黑龙江安达　151400)

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　　摘　要:介绍PID控制原理;比例、积分、微分各种作用的特点。介绍典型温度自动控制系统具体的实现步骤及各组成部分分析;温度自动控制具体实施方案。

关键词:PID;闭环控制;比例;积分;微分;控制系统

　　中图分类号:TP273　　文献标识码:A　　文章编号:1006—7981(2012)02—0014—02　　理论分析和实际运行都表明,应用PID控制算法是温度控制的有效方法。PID温室自动控制系统为一闭环控制系统,由温度传感器、调节器、控制输出系统组成。温度检测电路将检测到的温度转换放大后,进入PID调节器,调节器通过比较输入温度与设定温度来控制风扇或电炉等装置,从而将温度控制在设定范围内,实现了对温度的自动检测和监控。1　比例微积分微分控制原理

稳定性好及可靠性高,被广PID控制算法简单、泛应用于过程控制和运动控制中,尤其适应于可建立精确数学模型的确定性系统。

1.1　比例积分调节器(PD)

比例调节器具有误差,为解决此问题,可引入积分环节,比例微分调节器对误差的任何变化,都产生一个控制作用比,阻止误差的变化。它有助于减少超调,克服振荡,使系统趋于稳定;同时加快系统的响应速度,减小调整时间,从而改善了系统的动态特性。它的缺点是抗干扰能力差。1.2　PID

调节器

速度变慢、稳定性变差。微分器能增加稳定性,加快响应速度。比例器为基本环节。三者合用,选择适当的参数,可实现稳定的控制。常规PID调节器是一种线性调节器,图1为PID调节器的方框图。积分(I)、微分PID调节器将偏差的比例(P)、

(D)通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制,其控制算式如下所示。

t

u(t)=Kp[e(t)+

1de(t)∫e(t)+Td]Ti0dt

式中:Kp为比例系数,Ti为积分时间常数,Td为微分时间常数。简单说来,PID控制器各校正环节的作用如下:

比例环节:能及时成比例地反映控制系统的偏差信号,偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差。

积分环节:积分调节可提高系统的抗干扰能

力,主要用于消除静差,提高系统的无静差程度,适用于有自平衡性的系统。

微分环节:微分环节能反映偏差信号的变化

趋势。从而加快系统的动作速度,减小调节时间,从而改善了系统的动态特性。缺点是抗干扰能力差。2　自动控制系统的实现方法

自动控制系统的各个环节的特性一般是给定的,如机械、气动、电动、液压等设备。在设计自动控制系统时,采用一个具有PID控制作用的装置来校正(补偿)系统特性,使其符合给定的特性要求。实现该环节的装置,称为调节器。由于开环控制系统一般达不到控制的要求,因而自动控制系统均采用闭环

图1

积分器能消除误差,提高精度,但使系统的响应

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收稿日期:2011-12-19