概览
PID控制是业内最常见的控制算法,在工业控制领域有很高的接受度。 PID控制器的广泛应用,得益于其在多种操作条件下稳定的性能,以及易操作的特性。工程师可以用简单直观的方式实现PID控制。
PID控制有三个基本要件:比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)。通过这三种不同的计算方法获取最优化的结果。 本文主要介绍闭环系统、PID经典理论、闭环控制系统整定等主题。 LabVIEW中的PID工具包和PID VI也在本文的讨论范围之内。
内容
控制系统
PID控制器的基本理念是读取感应器,根据计算比例、积分、微分响应得出期望的激励器输出,将三个值相加计算输出。 开始定义PID控制器之前,要先了解闭环系统及其相关术语。
闭环系统
在一个典型的控制系统里,过程变量是需要被控制的系统变量。例如,温度(ºC)、压强(psi)、流速(升/分钟)。 传感器用来测量过程变量,并对控制系统做出反馈。设定值是过程变量的期望值或必须达到的值。例如,在一个温控系统中,设定温度值为100摄氏度。 在任意时间点上,控制系统算法(补偿器)使用过程变量和设定值之间的差值,得到期望的激励器输出,驱动系统(设备)。 例如,如测量得到的温度过程变量为100 ºC,期望的温度设定值为120 ºC,控制器算法的激励器输出将指示打开加热器。 打开加热器,整个系统就逐渐变热,温度过程变量测得的结果也会增加。 这就是一个闭环控制系统,读取传感器,提供即时反馈,计算期望的激励器输出,这三项操作以固定速率循环往复,如图1所示。
在很多情况下,激励器输出不是对系统有影响的唯一信号。 例如,在温度舱内,可能会有冷空气源。冷空气吹入舱内时,会扰动环境温度。这类扰动因素叫做干扰。 设计控制系统时,通常会尽可能减少对过程变量的干扰因素。