一、PID控製器參數整定  

PID控製器，由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp， Ki和Kd三個(ge) 參數的設定。PID控製器主要適用於(yu) 基本線性和動態特性不隨時間變化的係統。  

PID 控製器是一個(ge) 在工業(ye) 控製應用中常見的反饋回路部件。這個(ge) 控製器把收集到的數據和一個(ge) 參考值進行比較，然後把這個(ge) 差別用於(yu) 計算新的輸入值，這個(ge) 新的輸入值的目的是可以讓係統的數據達到或者保持在參考值。和其他簡單的控製運算不同，PID控製器可以根據曆史數據和差別的出現率來調整輸入值，這樣可以使係統更加準確，更加穩定。可以通過數學的方法證明，在其他控製方法導致係統有穩定誤差或過程反複的情況下，一個(ge) PID反饋回路卻可以保持係統的穩定。  

PID控製器的參數整定是控製係統設計的核心內(nei) 容。它是根據被 控過程的特性確定PID控製器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。PID控製器參數整定的方法很多，概括起來有兩(liang) 大類：一是理論計算整定法。它主要是 依據係統的數學模型，經過理論計算確定控製器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控製係統的試驗中進行，且方法簡單、易於(yu) 掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控製器參數的工程整定方法，主要有臨(lin) 界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然後按照工程經驗公式對控製器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控製器參數，都需 要在實際運行中進行最後調整與(yu) 完善。現在一般采用的是臨(lin) 界比例法。利用該方法進行 PID控製器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個(ge) 足夠短的采樣周期讓係統工作;(2)僅(jin) 加入比例控製環節，直到係統對輸入的階躍響應出現臨(lin) 界振蕩，記下這時的比例放大係數和臨(lin) 界振蕩周期;(3)在一定的控製度下通過公式計算得到PID控製器的參數。

二、PID控製中存在的問題  

有文獻指出，實際工業(ye) 中有60%的控製器存在性能方麵的問題。而在工業(ye) 過程中，導致控製回路性能不佳的原因可以歸結為(wei) 以下一種或者多種情形：  

1) 控製器整定不佳且缺少維護。產(chan) 生這種情況的原因包括：控製器從(cong) 未被整定或者是基於(yu) 失配模型的整定，也可能是使用了不當類型的控製器。工業(ye) 過程自動控製係統中，90%以上的控製器是PID類型的控製器，即使某些情況下使用其它控製器也許能得到更好的性能。實際上，最常見的導致控製回路性能不佳的原因是控製器缺少維護。經過多年的運行，執行器和被控對象的動態特性可能由於(yu) 磨損等原因而發生變化。而隻有少數工程師維護控製回路，且操作工與(yu) 工程師常常對於(yu) 控製回路性能不佳的原因缺乏認識。  

2) 設備故障或結構設計不合理。控製回路性能不佳可能是由於(yu) 傳(chuan) 感器或執行器的故障(如過度的摩擦)引起的。如果工業(ye) 裝置或者裝置的組件設計不合理，則問題可能更嚴(yan) 重。這些問題無法通過重新整定控製器而得到有效的解決(jue) 。  

3) 缺少或前饋補償(chang) 不足。若處理不得當，外部擾動會(hui) 使回路的性能惡化。因此，當擾動可測時，建議使用前饋控製(Feedforvvard Control，FFC)對擾動進行補償(chang) 。  

4) 控製結構設計不合理。不合適的輸入/輸出配對，忽略係統變量間的相互耦合，競賽控製器(Competing Controllers)，自由度不足，強非線性的存在，缺乏對大時延的補償(chang) 等都可能導致控製結構問題。

三、PID控製器的控製實現  

1、PID的反饋邏輯  

各種變頻器的反饋邏輯稱謂各不相同，甚至有類似的稱謂而含義(yi) 相反的情形。係統設計時應以所選用變頻器的說明書(shu) 介紹為(wei) 準。所謂反饋邏輯，是指被控物理量經傳(chuan) 感器檢測到的反饋信號對變頻器輸出頻率的控製極性。例如中央空調係統中，用回水溫度控製調節變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速。冬天製熱時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機轉速，加大熱水的流量;而夏天製冷時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度過低，可以降低變頻器的輸出頻率和電機轉速.減少冷水的流量。由上可見，同樣是溫度偏低，反饋信號減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的原由。  

2、目標信號與(yu) 反饋信號  

欲使變頻係統中的某一個(ge) 物理量穩定在預期的目標值上，變頻器的 PID 功能電路將反饋信號與(yu) 目標信號不斷地進行比較，並根據比較結果來實時地調整輸出頻率和電動機的轉速。所以，變頻器的 PID 控製至少需要兩(liang) 種控製信號：目標信號和反饋信號。這裏所說的目標信號是某物理量預期穩定值所對應的電信號，亦稱目標值或給定值;而該物理量通過傳(chuan) 感器測量到的實際值對應的電信號稱為(wei) 反饋信號，亦稱反饋量或當前值。

PID 控製的功能示意圖見圖 2 。圖中有一個(ge) PID 開關(guan) 。可通過變頻器的功能參數設置使 PID 功能有效或無效。 PID 功能有效時，由 PID 電路決(jue) 定運行頻率; PID 功能無效時，由頻率設定信號決(jue) 定運行頻率。 PID 開關(guan) 、動作選擇開關(guan) 和反饋信號切換開關(guan) 均由功能參數的設置決(jue) 定其工作狀態。

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