PID定義

當今的閉環自動控制技術都是基于反饋的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關心的是被控變量的實際值，與期望值相比較，用這個偏差來糾正系統的響應，執行調節控制。在工程實際中，應用最為廣泛的TPC1061TI調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。

2．PID基本用途

它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產品，使用中只需設定三個參數（Kp， Ti和Td）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元，但比例控制單元是必不可少的。

首先，PID應用范圍廣。雖然很多工業過程是非線性或時變的，但通過對其簡化可以變成基本線性和動態特性不隨時間變化的系統，這樣PID就可控制了。

其次，PID參數較易整定。也就是，PID參數Kp，Ti和Td可以根據過程的動態特性及時整定。如果過程的動態特性變化，例如可能由負載的變化引起系統動態特性變化，PID參數就可以重新整定。

第三，PID控制器在實踐中也不斷的得到改進，下面舉個改進的例子。

在工廠，總是能看到許多回路都處于手動狀態，原因是很難讓西門子plc控制過程在“自動”模式下平穩工作。由于這些不足，采用PID的工業控制系統總是受產品質量、安全、產量和能源浪費等問題的困擾。PID參數自整定就是為了處理PID參數整定這個問題而產生的。現在，自動整定或自身整定的PID控制器已是工業單回路控制器和分散控制系統的一個標準。

3．PID控制

①　PID是閉環控制系統的比例-積分-微分控制算法。

②　PID控制器根據設定值（給定）與被控對象的實際值（反饋）的差值，按照PID算法計算出控制器的輸出量，控制執行機構去影響被控對象的變化。

③　PID控制是負反饋閉環控制，能夠抑制216-2BD23-0XB8西門子plc系統閉環內的各種因素所引起的擾動，使反饋跟隨給定的變化。閉環控制必須保證系統的是負反饋（誤差=給定值-反饋值），而不是正反饋（誤差=給定值+反饋值）。如果TPC1061TI系統接成了正反饋，將會失控，被控量會往單一方向增大或減小，給系統的安全帶來極大的威脅。

④　PID閉環控制系統圖，如下：

圖1

舉個用天然氣加熱爐溫的例子來說明PID閉環控制系統。天然氣加熱被控對象為溫度T，測量變送器是為熱電偶，熱電偶檢測出的模擬信號通過模擬量輸入模塊（TC模塊）變為與之對應的數字量，這個數字量為我們的過程變量值PV，過程變量值PV與我們的給定值SP進行比較，偏差e=SP-PV，PID控制器根據偏差值的大小來調節輸出，當實際溫度值小于給定值時，PID增加輸出值，通過模擬量輸出模塊使電動調節閥開口度增加，天然氣進入流量會加大，使溫度升高。當實際溫度值大于給定值時，PID減小輸出值，通過模擬量輸出模塊235-0KD22-0XA8使電動調節閥開口度減小或者關閉，天然氣進入流量會減小，使溫度降低。通過PID控制器調節，溫度最終穩定在給定值上下。

⑤　PID在S7200西門子plc中的實現

在S7-200西門子plc中PID功能是通過PID指令功能塊實現。通過定時執行PID功能塊，按照PID運算規律，根據當時的給定、反饋、比例-積分-微分數據，計算出控制變量。PID功能塊通過一個PID回路表交換數據，這個表是在V數據存儲區中開辟的，長度為36個字節。因此每個PID功能塊在調用是需要制定兩個要素：PID控制回路號，以及控制回路表的起始地址。

⑥　回路控制類型的選擇

在許多控制系統中，只需要一種或兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或者比例積分回路。通過設置常量參數，可以選擇需要的回路控制類型。

如果不想要積分動作，可以把積分時間置為無窮大“INF”。即使沒有積分作用，積分項還是不為零，因為有初值MX。

如果不想要微分回路，可以把微分時間置為零。

如果不想要比例回路，但需要積分或積分微分回路，可以把增益設為0.0。系統會在計算積分項和微分項時，把增益當作1.0看待。

⑦　回路輸入輸出標準化

由于PID可以控制溫度、壓力、流量等許多對象，它們各自是由工程量表示，因此有一種通用的數據表示方法才能被PID功能塊識別。西門子214-2BD23-0XB8中的PID功能使用占調節范圍的百分比的方法抽象地表示被控對象數值大小。在實際工程中，這個調節范圍往往被認為與被控對象（反饋）的測量范圍（量程）一致。PID功能塊只接受0.0-1.0之間的實數（實際上就是百分比）作為反饋、給定與控制輸出的有效值，如果是直接使用PID功能塊編程，必須保證在這個范圍之內，否則會出錯。其它如增益、采樣時間、積分時間、微分時間都是實數。

⑧　PID正作用和反作用回路

如果增益為正，那么該回路為正作用回路。如果增益為負，那么是反作用回路。（對于增益值為0.0的I或者ID控制，如果指定積分時間、微分時間為正，就是正作用回路；如果指定值為負值，就是反作用回路。）

舉兩個例子來說明PID正作用回路和反作用回路：

PID正作用回路：加熱爐的控制屬于PID正作用控制，若溫度值小于設定值，需要將PID的輸出值控制的閥的開度增大，以增加天然氣的流量。若溫度值大于設定值，需要將PID的輸出值控制的閥的開度減小，以減小天然氣的流量。

PID反作用回路：在夏天控制空調制冷時，若反饋溫度值低于設定溫度時，需要將PID的輸出值控制的閥的開度減小，以減小冷水的流量。若反饋溫度值大于設定溫度時，需要將PID的輸出值控制的閥的開度增加，以增加冷水的流量。