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生活中无处不在的PID控制系统,到底是什么?一文了解
发布时间:2024-06-17

在我们实际工作经常会用到PID控制系统,但是对这个PID到底是什么?该如何调节,我们相信大家都比较头痛。但是今天,我们就用大白话的方式给大家讲讲PID。



一、PID应用场景





其实不管是在自动化行业还是在生活中,我们都或多或少都会接触PID。比如空调系统、定速巡航系统、恒压供水系统(如图1)上都可以见到PID的影子。在这些系统中,最大的一个特点就是我们需要设定一个我们想要的数据,然后设备就根据我们的设定,自动进行调节。


比如:在恒压控制系统中,设定一个压力(10MPa),那么这个系统就需要稳定在我设定的压力值10MPa左右;在空调系统中,我们设定好了一个温度(26℃)之后,我们当然希望室内的温度就一直稳定在26℃左右嘛。在我们设定好了参数之后,设备如何自动调节呢?就是通过PID功能进行调节的!


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图1:PID应用场景图




二、PID控制系统





在PID各参数的作用之前,我们先宏观来了解一下PID控制系统。如图2所示,一个完整的PID系统中主要由以下几部分组成:给定环节、控制器、执行机构、被控对象、反馈环节。

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图2:PID控制系统图


我们逐个来说明每个环节的作用。为了说明这些环节的作用,我们举一个生活的例子:


现在我们接到一个任务,需要骑一辆自行车沿着直线走1000米。那么直线走1000米就是“给定环节”了,因为我预先就知道了需要走多少米距离并且走的是直线。骑车的是“人”,人由大脑控制,那么大脑就是“控制器”了,大脑不能直接控制车辆,然后大脑发命令的方式去控制我们的手和脚从而控制自行车,那么手和脚就是“执行机构了”,而最终我们控制的是自行车,那么自行车就是“被控对象”了。那么在骑车的过程中,可能会出现一阵风或者路上出现石头或者坑等,那么这些石头或者坑呢,就是“扰动”。我们在走直线的过程中,到底有没有沿着直线走呢?我们可以通过眼睛看,那么眼睛把自行车的信息收集起来(是否走歪了),这个过程就是“反馈环节”。仅仅知道是否走歪了还不行,需要及时调整,如何调整呢?就是通过预期设定(给定环节)与实际路线(反馈环节)相比较,得到的差值进行修正。


那么把生活中的这个例子应用到工业中来,其实是非常类似的。如图4所示是:恒液位控制系统。我们通过触摸屏设置水池里需要到达的液位高度,当PLC接到我们设置的命令之后,通过传感器反馈实际的液位高度与我们设定的液位高度相比较,得到差值。如果低于我们设定的液位值,则驱动变频器带动水泵往水池里加水,当高于我们设定的液位值,变频器则停止加水。


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