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　　積分函數通過考慮累積偏差來解決這個問題。設定值與實際值之間的差異持續(xù)的時間越長，計算的校正系數就越大。然而，當對校正的響應存在延遲時，這會導致超調，并可能圍繞設定值振蕩。避免這種結果就需要微分函數，它著眼于所實現的變化率，隨著接近設定值，逐步修改校正因子以減少其影響。

　　即使設備基本相同，每個過程都有其獨特的性質。例如，烤箱周圍的氣流會變化，環(huán)境溫度會改變流體密度和粘度，大氣壓也會隨時間而變化。必須選擇PID設置（主要是應用于校正因子的增益以及積分和微分計算中使用的時間，被稱為“重置”和“速率”）以適應這些局部差異。

　　將過程分為下面四類可能是有益的：

　　■ 快速回路，如流量和壓力；

　　■ 慢速回路，如溫度；

　　■ 積分過程，如液位和絕緣溫度；

　　■ 嘈雜回路，測量值不斷變化。

　　01  閉環(huán)整定過程

　　調整閉環(huán)回路的第一步是了解這個過程。識別需要調整的回路，并確定回路的速度。如果回路的響應時間從小于1秒到大約10秒，就是快速回路，使用PI控制器就足夠了。如果回路的響應時間為幾秒至30秒，可選擇PI或PID控制器。對于響應時間超過30秒的慢速回路，建議使用PID控制器。

　　第二步是了解控制器。比例項可以是比例增益或比例帶。積分項可以是時間常數、重置速率或積分增益（重置速率乘以比例增益）。微分項可以是時間常數或微分增益（微分時間常數乘以比例增益）。在本文中，假定比例增益、積分重置率和微分增益。

　　最后一步是觀察響應。首先小幅度改變設定值（小于5%），或者等待過程中出現干擾。然后觀察過程變量和控制輸出響應。

　　■ 如果控制輸出沒有瞬時變化或沒有明顯的超調，則將比例增益增加50%。

　　■ 如果過程變量不穩(wěn)定或持續(xù)振蕩，超調大于25%，則將比例增益降低50%，將積分重置率降低50%。

　　■ 如果過程變量振蕩持續(xù)存在可容忍的超調，則將比例增益降低20%，將積分重置率降低50%。

　　■ 如果設定值變化時出現三個或三個以上連續(xù)峰值，則將積分重置率降低30%，并將微分增益增加50%。

　　■ 如果在改變設定值或擾動開始后，過程變量在設定值附近保持相對平穩(wěn)很長一段時間，則將積分重置率提高100%。

　　■ 重復上述步驟，直到閉環(huán)響應令人滿意。

▲圖：非積分過程模型。圖片來源：ControlSoft

　　02  開環(huán)整定過程

　　類似于閉環(huán)過程，從了解過程和控制器開始。對于非積分回路請使用以下過程：

　　■ 將回路置于手動控制模式，保持控制輸出恒定，等待過程穩(wěn)定。

　　■ 在控制輸出上做一個小的階躍變化（小于10%），并觀察響應。

　　■ 評估過程模型，其中：

　　– 模型增益等于過程變量除以控制輸出變化。

　　– 死區(qū)時間等于控制輸出變化與過程變量可觀察變化之間的時間間隔。

　　– 時間常數等于過程變量達到總變化量的63%所需的時間。

　　■ 選擇初始PID值，如：

　　– P等于2除以模型增益。

　　– I等于死區(qū)時間加上時間常數。

　　– D等于死區(qū)時間除以3或時間常數除以6。

　　■ 這些初始PID值應提供合理的閉環(huán)響應。使用閉環(huán)整定方法對控制器進行微調。

　　對于級聯控制應用，例如由蒸汽閥加熱的儲罐，調整程序從內回路開始，然后是外回路。由于內回路動態(tài)特性與外部回路交互作用，一次只調整一個回路。

　　■ 將外回路置于手動模式。

　　■ 對內回路進行閉環(huán)整定程序，然后將內回路置于自動狀態(tài)。

　　■ 等待外回路穩(wěn)定下來。

　　■ 在外回路上執(zhí)行閉環(huán)整定程序。

　　PID控制器通常用于工業(yè)中的自動過程控制，以整定流量、溫度、壓力、液位和其它過程變量。比例和積分控制器對于大多數控制回路是必不可少的；微分模式經常用于運動控制。溫度控制通常使用所有三種控制模式。

　　關鍵概念：

　　■ PID回路調整有多種形式，工程師必須了解應用需要哪種回路整定，以及確保提供準確測量所需的參數。

　　■ 了解閉環(huán)和開環(huán)整定過程之間的區(qū)別，以及它們最適合的領域。

　　思考一下：

　　在您的設施中，PID整定扮演什么角色？