学PLC技术控制系统：深入了解PID控制

PID英文全称为Proportion Integration Differentiation，PID控制又称比例积分微分控制，是一种闭环控制。下面以图5-51所示的恒压供水系统来说明PID控制原理。

图5-51 恒压供水的PID控制

电动机驱动水泵将水抽入水池，水池中的水除了经出水口提供用水外，还经阀门送到压力传感器，传感器将水压大小转换成相应的电信号X_f，X_f反馈到比较器与给定信号X_i进行比较，得到偏差信号ΔX（ΔX=X_i-X_f）。

若ΔX>0，表明水压小于给定值，偏差信号经PID运算得到控制信号，控制变频器，使之输出频率上升，电动机转速加快，水泵抽水量增多，水压增大。(www.xing528.com)

若ΔX<0，表明水压大于给定值，偏差信号经PID运算得到控制信号，控制变频器，使之输出频率下降，电动机转速变慢，水泵抽水量减少，水压下降。

若ΔX=0，表明水压等于给定值，偏差信号经PID运算得到控制信号，控制变频器，使之输出频率不变，电动机转速不变，水泵抽水量不变，水压不变。

由于控制回路的滞后性，会使水压值总与给定值有偏差。例如，当用水量增多、水压下降时，ΔX>0，控制电动机转速变快，提高水泵抽水量，从压力传感器检测到水压下降到控制电动机转速加快，提高抽水量，恢复水压需要一定时间。通过提高电动机转速恢复水压后，系统又要将电动机转速调回正常值，这也要一定时间，在这段回调时间内水泵抽水量会偏多，导致水压又增大，又需进行反调。这样的结果是水池水压会在给定值上下波动（振荡），即水压不稳定。

采用了PID运算可以有效减小控制环路滞后和过调问题（无法彻底消除）。PID运算包括P运算、I运算和D运算。P（比例）运算是将偏差信号ΔX按比例放大，提高控制的灵敏度；I（积分）运算是对偏差信号进行积分运算，消除P运算比例引起的误差和提高控制精度，但积分运算使控制具有滞后性；D（微分）运算是对偏差信号进行微分运算，使控制具有超前性和预测性。