昌暉儀表結(jié)合生活中的案例通俗介紹比例積分的概念、作用和特點(diǎn)，分享PID調(diào)節(jié)器積分時(shí)間的測(cè)定方法，并總結(jié)在不同應(yīng)用中調(diào)節(jié)器的積分設(shè)置范圍工儀表工參考。

比例控制的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生余差，要克服余差就必須引入積分作用。我們?nèi)曰氐搅茉r(shí)控制水溫的問題上：我們?cè)诳刂扑疁貢r(shí)，通常是調(diào)一下閥門，等一等，若水溫不合適，就再調(diào)一下閥門，按水溫偏差情況，一步一步地控制，達(dá)到合適的水溫。這樣的控制方式相當(dāng)于生產(chǎn)過程中的積分控制。實(shí)際上我們?cè)谡{(diào)水溫時(shí)采用的辦法是：水溫較低時(shí)，我們就把閥門的開度調(diào)大一些，然后感受水溫的變化趨勢(shì)，再稍稍調(diào)動(dòng)閥門，直到水溫合適。這種調(diào)水溫的方法，具有快速動(dòng)作又能消除偏差的雙重作用，相當(dāng)于把比例控制和積分控制結(jié)合在一起，這也對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過程中用的比例積分控制作用，即PI控制。

比例積分控制作用可表示為：

從公式知，PID調(diào)節(jié)器的輸出是比例輸出和積分輸出之和；積分輸出需要有一個(gè)變化的過程，而比例輸出則不需要這個(gè)過程。在同一個(gè)比例帶的情況下，當(dāng)積分輸出變化到等于比例輸出時(shí)，這一段時(shí)間叫作積分時(shí)間。如圖1所示，即當(dāng)輸入偏差e是一個(gè)階躍變化時(shí)，一開始的垂直上升u_b是由比例作用造成的，然后輸出慢慢上升的u_i是由積分作用造成的。記下輸出垂直上升的數(shù)值并用秒表開始計(jì)時(shí)，待輸出達(dá)到垂直上升部分的兩倍時(shí)，停止計(jì)時(shí)。這時(shí)秒表所記下的時(shí)間就是積分時(shí)間T_i。

圖1 積分作用示意圖

PI調(diào)節(jié)器在積分作用下，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)是偏差信號(hào)對(duì)時(shí)間的累積。如果偏差為固定的正值，輸出則是等速上升信號(hào)。一旦偏差為零，輸出便保持不變。實(shí)際上在控制過程中，偏差不斷減小，輸出信號(hào)的變化也逐漸變緩，直到偏差為零，輸出保持不變。當(dāng)然，PID調(diào)節(jié)器也可以反向作用，正偏差時(shí)輸出下降信號(hào)，正如淋浴時(shí)水溫偏低應(yīng)減小冷水閥門開度一樣。

積分時(shí)間Ti小，則積分作用強(qiáng)；積分時(shí)間Ti大，則積分作用弱。若積分時(shí)間為無窮大，表示沒有積分作用，這時(shí)的調(diào)節(jié)器就是純比例調(diào)節(jié)器。在同樣的比例度下，縮短積分時(shí)間Ti能加強(qiáng)積分控制作用，容易消除余差；但縮短積分時(shí)間Ti加強(qiáng)積分控制作用后，又會(huì)使系統(tǒng)振蕩加劇，會(huì)出現(xiàn)不易穩(wěn)定的傾向。積分時(shí)間越短，振蕩傾向越強(qiáng)烈，甚至?xí)蔀椴环€(wěn)定的發(fā)散振蕩，這是需要注意的。在實(shí)際應(yīng)用中，PID調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間應(yīng)按控制對(duì)象的特性來選擇，使它跟被調(diào)對(duì)象的反應(yīng)時(shí)間常數(shù)相適應(yīng)，以達(dá)到既快速又穩(wěn)定的控制效果。積分時(shí)間Ti的選擇范圍是：溫度控制為3-10min，對(duì)象滯后越大Ti越要選得大些；壓力控制為0.4-3min；流量控制為0.1-1min；液位控制一般不需要積分作用。

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