PID温控的原理是什么？

　　答：现在市面上的数字显示温控仪表都是带智能自整定PID工业调节器。所谓的PID温控器就是一种采用设定值与目标值通过集成电路自动运算，达到模糊PID算法，自动运算到快速到达最佳控制状态的仪表。

　　其中它将不同的输入分度号的温度热电偶、不同分度号的热电阻，通过比例带（P表示），积分时间（I表示），微分时间（D表示），见下图所示

　　这些将PID进行分开后的解释，叫做“控制器”，再由它将信号传递给一个叫“执行器”电路，其中温控器里面可以人工设置一个叫“被控对象”的电路输出。

　　在输出的同时一路将信号再次给测量变送器，再反馈给输入目标或者说是偏差，这样快速的来回运算，将会使温控器达到最佳效果。

　　下面说一下PID参数的意义

　　P→比例带

　　在PID调节中,它是输出控制量的大小与测量值和设定值之间的偏差成比例关系,偏差越大,输出越大,仪表比例参数P的设定值越大,控制灵敏度越低,稳定性越高;P的设定值越小,灵敏度越高,稳定性越低。例如，仪表的比例参数P设定为“5”，表示偏差值偏离给定值5%时，输出控制量变化100%。

　　I→积分时间

　　积分运算的目的主要是消除静态误差,只要偏差存在,积分作用将控制量向使偏差消除的方向移动,积分时间是表示积分强度的单位,仪表设定的积分时间越短,仪表的积分作用越强。例如仪表的积分时间设为200S,表示对目前固定的偏差,积分作用的输出达到和比例作用相同的输出量要用到200S时间。

　　D→微分时间

　　积分作用是对控制结果的修正,动作响应速度较慢,微分作用是为了消除其缺点而补充的。

　　微分作用主要是根据偏差产生的速度对输出量进行修正,使控制过程尽快回到原来的控制状态,微分时间是表示微分强度的单位,仪表设定的微分时间越长;表示仪表的微分作用对控制量的修正越强。

　　由以上可以看的出,将比例作用的快速性,积分作用的彻底性,微分作用的超前性这三项优点结合起来就构成了理想的PID调节器。

　　其实它们三者之间存在一定的控制周期，我们把它用Ct表示，也就是说仪表完成一个PID周期所用的时间,控制周期越短则仪表的控制越精细,但在位式PID控制中,控制周期太小仪表的输出部分动作可能特别频繁,所以一般连续PID调节时Ct设定在2S左右,使用交流接触PID调节时,Ct应设定在6S左右。

　　还有一个积分范围，用SF表示，它是引入积分分离,消除稳态时的超调量,当SF= 1.0,抑制作用最大,响应速度慢;SF= 0.1,超调作用最小，响应速度快,SF= 0.0,超调抑制作用取消。

　　简单理解P、I、D三个参数的作用说明:

　　P值越大，作用越小，P值越小，作用越大;

　　I值越大,作用越小,值越小,作用越大;

　　D值越大，作用越大，D值越小，作用越小。

　　?最后说一说PID自整定

　　PID控制中,P、I、D等几个参数的设定将直接影响到PID控制效果,这几个参数又和控制系统本身有着密切的关系,所以很难给出一个任何系统都适用的固定值,为了减小用户对这几个参数的设定难度,一般温控器仪表采用了优化的位式自整定算法,通过自整定运算,仪表可以自己得到一组适合本系统的控制参数,自整定后的参数能适合大多数控制系统的要求,自整定结束后仪表自动转到PID控制状态。

　　启动自整定:将仪表报警参数组中在项的设定为1,退出报警参数组后,此时仪表的在灯闪烁,仪表进入自整定状态。

　　D自整定时仪表的SV值必须设定在常用值附近。如果自整定时仪表采用位式控制，此时系统会有大幅的震荡，对不允许大幅震荡的系统要慎用自整定。

　　D自整定状态中，不应有异常的扰动，如断开负载，传感器，执行机构等外部设备。

　　口自整定的时间和控制系统有关，从几分钟到几小时不等，按设置键可提前结束自整定。

　　最后是温控器的自动手动无扰切换，当仪表由自动控制方式转为手动控制方式时,仪表的控制输出不变(如仪表在自动控制时的输出 百分比为45%,当改为手动控制时,仪表的输出百分比仍45%) 。当仪表由手动控制方式转为自动 控制方式之前,通过手动调节输出百分比使得仪表的测量值等于目标设定值后,再把仪表由手动控制转为自动控制状态。这样就避免测量值的波动,使手/自动实现平稳转换。

　　知足常乐2022.8.15日于上海

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　　朋友们好，我是电子及工控技术，我来回答这个问题。PID温度控制器是一种能够将需要控制的温度，通过温度传感器对温度进行检测，把检测到的温度转换为电信号，然后把这个检测的信号与控制温度的信号进行比较，根据比较的结果来判断是不是已经达到了所设定的温度目标。如果还没有达到所要求的温度，就需要根据这两者之间的差值再进行调整，一直达到所设定的温度要求为止。

　　下面我用一个常用的恒温烙铁控制为例，当我要把烙铁的温度控制在270℃，此时我用

　　X作为需要控制的温度信号，这个信号的大小与我们要控制的温度值是一一对应的。我再设置一个由温度传感器感应来的信号叫Y，此时我们控制温度的信号就不取决于给定的信号X了，而是取决于X和Y的合成后的X-Y信号。

　　在这里就出现了如下的情况，一种是当温度值超过了270℃时，那么Y>X,这时X-Y<0,这就要求要减小给定量X,使温度降下来,直到温度降到270℃为止。另一种是当温度达不到270℃,那么Y<X,这时X-Y>0,这就要增大给定量X了,使温度上升,一直升到270℃为止。

　　这时在温度控制上就会出现一个问题,一是我们需要烙铁的实际温度要无限接近270℃这个目标温度值,也就是要求X-Y这个差值趋近于零;另一方面电烙铁的温度值又由X和Y这两个信号相减的结果来决定。如果直接用X-Y作为控制加热的信号,显然是无法实现控制加热的。

　　根据以上出现的情况,为了能够实现恒温的控制,我们在这里就需要引入一个具有自动调节功能的PID环节了,我们通常称为"比例P,积分I,微分D"环节。首先为了能够快速加热,我们要把X-Y这个给定信号进行放大,加快加热的进程。由于这个放大的信号是与X-Y成正比例的,因此我们称为比例环节P。

　　在恒温控制中只使用比例环节P还是不能完全解决问题的,我们都知道由于温度控制具有惯性,如果比例环节P太大的话,会造成温度偏离过高,由于温度降下来需要一定的时间,最终的结果会使温度在高位上振荡运行。

　　为了解决这种温度忽高忽低的问题,我们的工程控制人员由加入了积分的环节I,加入积分环节的目的是要求这个比例放大环节P要在一定的时间内逐渐地增大,减缓了温度变化的速度,从而防止了温度忽高忽低的现象。我们说任何事情都要有个度,这个增大的过程也不能时间太长,如果增加时间设置太长的话,所控制的温度很难迅速达到预定温度。为了弥补控制温度上升缓慢的情况,我们还需要增加第三个微分D环节,它的主要作用是可以根据控制温度给定的差值X-Y信号的变化趋势,提前给出一个比较大的调节动作,能够及时调整温度,达到恒温控制的目的。这就相当于我们用导弹打飞机一样,知道了飞机的速度,并且能够预判飞机下一步飞行的方向,我们发射导弹要给出一个提前量,这样才能击毁目标.。

　　对于PID的温度控制,我们要合理设置比例P,积分I和微分D三个环节,这样才能达到比较好的温度控制效果。在实际温度控制过程中需要对这些环节的参数进行不断修改调试,最终达到恒温控制的目的。以上就是我通过一个恒温控制的例子,来说明PID温控的原理,欢迎朋友们分享、留言、讨论。敬请关注电子及工控技术，感谢点赞。

　　我们在科学研究中经常用到的一个实验方法就是在不同温度下测量材料的物理性质。一般地，我们以液氮或者液氦作为低温介质，通过一个加热器（一般是电阻或者电阻丝）通电流进行加热便可以得到不同的温度，这就是电加热控温。通过电加热温控我们可以得到室温和液氮温度或者液氦温度之间的各种温度，是一种很实用的测量手段。

　　控温的方法一般有两种，一种是手动控温，还有一种就是自动控温。手动控温就是通过手动改变加热器的电流来达到不同的温度，自动控温就是题主这里提到的PID控温。

　　图1. PID控制示意图

　　PID控制其实是控制系统中最常见也是很重要的一个控制方法，广泛用于工业控制系统和各种其他需要连续调节控制的控制回路反馈机构。 。这里的PID分别指的是比例、积分和微分控制。每一部分的控制都有一定的作用。在负反馈的PID控制中，比例控制的输出信号和感温元件的偏差成正比，这种调节方式的问题是会存在静差，即得到的结果和设定值之间有一个固定的差值。如果这时候我们加入积分调节，输出信号便会随时间缓慢上升，这相当于输入信号对时间的一种累积效果。用PI调节时，能消除静差，而且调节过程平稳，但缺点是花费时间较长；这个时候我们再加入微分调节，便可以使调节过程加快，这时候带来的问题是容易引起温度的振荡。PID三种方式结合起来时，我们调节三种不同的参数，便可以使调节过程即平稳又迅速。

　　图2. 一种老式的PID控制器

　　图3. lakeshore生产的控温仪

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　　温度不比压力、流量、液位被控变量的控制，因为温度传递存在滞后性。其中就涉及到滞后时间这个对象特性，一般有纯滞后、容量滞后。前者一般指工艺段物料传输需要时间引起的，后者一般指被控对象的热交换、物料连续经过多个容器才能建立一个稳定信号需要时间引起的。明了点就是温度的真实值一下子反应不出来要等下才能显示真实值。

　　在温度闭环控制中，为了解决这个问题就要用PID温度控制器。关键用的还是PID中的D（微分控制），微分控制的作用就是超前控制。假设现在有个物料温度需要控制，想控制在35℃（35℃就是目标值）。PID控制有P、PI、PD、PID等控制，又考虑到被控变量是温度，因此需要选用PID控制。

　　温度传感器检测到温度，此时得到的温度值会跟目标值（35°）比较得到偏差，然后控制器判断快速做出处理判断发出信号执行器调节温度，此时会得到一个新的动态温度稳态值，温度传感器又会把此值信号传送给控制器跟目标值比较得到一个余差，那么需要I积分控制介入，温度控制器处理判断后再次发出信号执行器调节温度，达到新动态稳定后，把新的稳态值传输给控制器跟目标值比较后还是控制不理想需要D微分控制的介入。因此PID参数整定是一个枯燥无味的过程，有时想提高控制质量找到理想的PID三个控制参数值花费不少功夫。

　　要实现温度控制动态稳定在35°附近，需要进行PID参数整定。先比例后积分，最后用微分。温度控制仪可以自动整定PID，也可以手动整定PID。

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　　说到PID，每个人心目中的第一个图像就是比例微体积的倒数。但直截了当地说，许多人并不是很了解它。事实上，我们应该根据每个值的定义来理解它。分离PID的三个参数：P、I和D，然后分别理解它们，从而了解PID温度控制的原理。

　　PID模块的操作非常简单。它可以通过设置以下四个参数来精确控制温度：

　　1.温度设定。

　　2.P值。

　　3.I值。

　　4.D值。

　　PID模块温度控制精度主要受P、I、D三个参数的影响，P代表比例，I代表积分，D代表微分。PID模块的温度控制精度主要受P、I和D三个参数的影响。P代表比例，I代表积分，D代表微分。

　　一种。

　　比例运算(P)

　　比例控制是一种与设定值(SV)有关的操作，其运算值(控制输出)是根据偏差得到的。如果当前值(PV)较小，则操作值为100%。如果当前值在比例带中，则根据偏差比率计算操作值，并逐渐减小直到SV和PV匹配(即，直到偏差为0)，然后操作值返回到上一个值(前馈操作)。如果发生静态误差(残差)，可以用P法来减小残差。如果P太小，它就会振荡。

　　积分运算(I)

　　采用积分与比例运算相结合的方法，使静态误差随调整时间的延长而减小。积分强度用积分时间表示，积分时间等于积分操作值在阶跃偏差响应下达到比例操作值所需的时间。积分时间越短，积分运算的校正时间越强。但是，如果积分时间值太小，校正效应将振荡，如果它太强。谈论。

　　微分运算(D)

　　比例运算和积分运算都对控制结果进行了修正，因此不可避免地会出现响应时滞。差分运算可以弥补这些缺点。在突发扰动响应中，微分运算为恢复原始状态提供了较大的运算值。微分操作由与偏差变化率(微分系数)成比例的运算值的校正来控制。微分运算的强度由微分时间表示，它相当于微分操作值在阶跃偏差响应下达到比例操作值的函数所需的时间。微分时间值越大，微分运算的校正强度越强。

　　更为直截了当的是，PID测试不仅仅是现有的温度，还包括一段时间内的温度(以秒为单位)，温度下降和上升的程度。因为它包含了温度变化的“速度”，研究微积分的朋友知道有一个导数的概念。

　　PID真的很有意义，但是在这里你会发现PID只是给了你一个指导的方向。但锅炉中是否有足够的水来实现这一目标则是另一回事。

　　换句话说，锅炉的大小意味着咖啡机保持温度的能力，而PID则是咖啡机保持温度的智能。但另一方面，它或多或少可以解释，包括我在内的许多互联网朋友会说，如果我们只煮一杯咖啡，使用合适的E61，并不一定会比高端的商业机会更糟糕。

　　有人哀叹：“PID确实是一个很好的温度控制系统，可惜很多商家打着PID的旗号误导消费者。”希望其他朋友能读懂这篇导论，对PID有更好的了解。

　　谢邀回答，抛砖引玉，举手之劳。