【正文】 。微分時間越大，微分輸出維持的時間就越長，因此微分作用越強；反之則越弱。 　　微分輸出只與偏差的變化速度有關(guān)，而與偏差的大小以及偏差是否存在與否無關(guān)。這就是具有“超前”控制作用的微分控制規(guī)律。所謂“時間滯后”指的是：當(dāng)被控對象受到擾動作用后，被控變量沒有立即發(fā)生變化，而是有一個時間上的延遲，比如容量滯后，此時比例積分控制顯得遲鈍、不及時。對于有較大慣性滯后的控制系統(tǒng)，要盡量避免使用。由于引入積分作用能消除余差，彌補了純比例控制的缺陷，獲得較好的控制質(zhì)量。因此，比例積分控制可以實現(xiàn)較為理想的過程控制。所以，實用中一般不單獨使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分控制。 　　積分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時的缺點。 　　積分時間的大小表征了積分控制作用的強弱。所以，積分控制可以消除余差。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時間有關(guān)。 　　積分控制器的輸出與輸入偏差對時間的積分成正比。但是，不能最終消除余差的缺點限制了它的單獨使用。 比例積分（PI）控制　　比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點就是控制及時、迅速。 　　單純的比例控制適用于擾動不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場合。實際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒有什么控制作用；比例度太大，控制作用太強，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。因此，可以改善系統(tǒng)動態(tài)性能。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti,Ti越小，積分作用就越強。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。、I、D項的選擇比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。控制增量的確定，僅與最近次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。此外，當(dāng)計算機發(fā)生故障時，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號的鎖存作用，故仍能保持原值。和位置式PID控制相比，增量式PID控制具有許多優(yōu)點：（1）由于計算機輸出增量，所以誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉。采用增量式算法時，計算機輸出的控制增量對應(yīng)的是本次執(zhí)行機構(gòu)位置（例如閥門開度）的增量。它們都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。增量式PID控制算法增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量，由式（）和遞推原理可得 ()用式（）減去（），可得 ( ) ()式中 式（）即增量式PID控制算法。由于位置式PID控制算法是全量輸出，故每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對進行累加，計算機運算工作量大。將式（）代入式（），可得離散的PID表達式為： ()寫成： ()式中 —采樣序號，；—第次采樣時刻的計算機輸出值；—第次采樣時刻輸入的偏差值；—積分系數(shù)，；—微分系數(shù)。位置式PID控制算法 在模擬過程控制中，PID控制算式為 ()寫成傳遞函數(shù)形式為 ()式中 ——比例系數(shù)； ——積分時間常數(shù)； ——微分時間常數(shù)；由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，因此式（）中的積分和微分項不能直接使用，需要進行離散化處理。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。5第二章 PID原理 PID的原理、算法簡介及參數(shù)整定（P），積分（I），微分（D）的控制原理（1）比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。首先由差壓傳感器檢測出水箱水位；水位實際值通過PLC進行A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號后，被輸入計算機中；最后，在計算機中，根據(jù)水位給定值與實際輸出值之差，利用PID程序算法得到輸出值，再將輸出值傳送到PLC中，由PLC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。針對過程控制試驗臺中液位控制系統(tǒng)裝置的特點，建立了以組態(tài)王模擬界面，西門子S7300PLC為控制器的PID液位控制系統(tǒng)。所以，為了保證安全條件、方便操作，就必須研究開發(fā)先進的液位控制方法和策略。在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，基本上都是勞動強度大或者操作有一定危險性的工作性質(zhì)，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的的損失。過程控制是自動技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，它是指對液位、溫度、流量等過程變量進行控制，在冶金、機械、化工、電力等方面得到了廣泛應(yīng)用。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接 口。智能 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。PID控制，實際中也有PI和PD控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。（1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)