过程控制入门（3）| PID的参数意义
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#过程控制入门
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PID控制器是目前过程工业中应用最广泛的一类控制器，因此，对PID控制器参数之间的相互作用和影响控制的基本理解非常重要。
P、I、D三个字母分别代表比例（Proportional）作用、积分（Integral）作用和微分（Derivative）作用三类控制单元，是这三个英文单词的首字母。
工业过程中总要维持一些工艺参数稳定或者以一定方式变化，这些调节可以依靠操作员手动完成。操作员可以观察过程变量的实际值，然后根据和设定值的偏差做出控制决策，最后手动完成调节，这样过程、检测、操作员和执行机构就组成了一个反馈控制回路。为了将操作员从繁琐的手动控制任务中解放出来，控制功能可以通过一个控制器实现自动化。
人的经验是根据设定值和过程变量的偏差成比例地改变控制器输出，偏差大时响应的控制作用也更大。比例控制易于理解和整定，控制器输出只是看着偏差乘以比例增益。为了保证控制器偏差为零时控制器保持非零输出还需要增加一个偏置。
瓦特所用的飞球控制转速，实际上是纯比例控制。
调节杠杆的长度就是改变比例增益。比例作用比较容易理解，工业领域刚开始使用的控制器都只有比例作用。在实际使用中工程师发现仅使用比例控制在系统稳定后经常出现过程变量偏离设定值的问题。这就是我们常说的
：“纯比例控制有余差”。
这种情况下需要操作员手动改变控制器输出上的偏置以消除余差。对手动重置的需要导致了自动重置的发展。
工程师发现将控制器输出滤波处理后再加到偏置项就可以执行自动重置。这种自动重置是从模拟人的行为得到其本质就是积分控制
，如下图所示的控制器传递函数为：
两参数的比例积分控制解决了90%的过程变量控制问题。只需要对这两个参数进行精心调节就可以应用到各种各样不同设备、不同领域的变量控制中。虽然看着简单但是比例积分其本质并不简单，比例积分控制器其实是仿人的智能控制器。PID在控制领域发挥了至关重要的作用，直到现在还是解决控制问题的核心和基础。
过程变量的变化速率能反映当时的被控对象的输入量与输出量之间的不平衡状态，工业现场也有按照偏差的变化趋势进行预先控制的要求。通过在偏差的微分上做文章可以使控制器具有某种程度的预见性，实现超前校正。
现在理论界把这种预先控制的思想理解为微分作用。而且微分作用更深刻的被认为是一种阻尼，使用微分后可以使用更强的比例和积分作用闭环系统也不会振荡。微分作用在闭环系统引入了零点极大的扩展了PID的应用范围。
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冯少辉
博士(后)，高级工程师，实战派过程控制专家，Lambda整定方法推广人，中国化工学会能源化工智能制造专委会委员，《化工自动化及仪表》编委、华东理工大学硕士企业导师！
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