以 TRM148 OWEN 為例，在自動化系統中使用 PID 控制器

自動調整、調整系統

自動控制是自動控制的一種。通過測量受控對象的狀態或影響對象的調節機構的干擾來維持表徵技術過程的特定值的恆定性，或其根據給定規律的變化。

為了執行自動調節，將一組設備連接到要調節的裝置，這些設備的組合稱為調節器。

基於表徵過程的一個或多個變量的測量，控制器通過改變一個或多個控制動作來影響過程，維持受控變量的設定值。

控制系統——旨在維持特定物理量的給定變化規律的系統稱為受控量。受控變量的設定值可以是常數，也可以是時間或其他變量的函數。

在調節過程中，將控制值與設定值進行比較，當控制值與設定值存在偏差時，調節作用進入控制對象，恢復控制值。

監管行動可以由人手動輸入。如果被控變量的測量和控製作用的引入均由儀表完成，無需人為乾預，則稱該控制系統為自治系統。

除了控制動作外，控制系統還受到擾動的影響，使被控變量偏離設定值，發生控制誤差。

根據控制動作變化的性質，控制系統又分為自動穩定係統（控制動作是一個常數值或者是程序控制系統時間的給定函數）和伺服系統（控制的變化動作由先前未知的控制動作決定））。

PID控制器

PID 控制器是一種現成的設備，允許用戶實施軟件算法來控制自動化系統的一個或另一個設備。如果您使用現成的設備（例如 OWEN 公司的 8 通道通用 PID 控制器 TRM148），構建和配置調節（控制）系統會變得更加容易。

假設您需要自動維護溫室中合適的氣候條件：考慮植物根部附近土壤的溫度、氣壓、空氣和土壤的濕度，並保持指定的參數通過控制加熱元件和粉絲。這再簡單不過了，只需調整 PID 控制器即可。

我們先回憶一下什麼是PID控制器？ PID控制器是一種通過比例、積分和微分三種方式不斷細化輸出參數的特殊裝置，初始參數是從傳感器（壓力、濕度、溫度、光照等）獲得的輸入參數。

輸入參數從傳感器（例如濕度傳感器）饋送到 PID 控制器的輸入端。調節器接收電壓或電流值，對其進行測量，然後根據其算法進行計算，最後向相應的輸出發送信號，結果是自動化系統收到控制動作。土壤水分減少 - 澆水打開幾秒鐘。

目標是實現用戶定義的濕度值。或者例如：照明減少了 - 打開植物上的植物燈等。

PID控制

事實上，雖然一切看起來都很簡單，但調節器內部的數學運算更為複雜，並非一步到位。灌溉開啟後，PID 控制器再次測量，測量輸入值現在改變了多少——這就是控制誤差。現在將糾正驅動器上的下一個動作，同時考慮到測量的調整誤差，在每個控制步驟中依此類推，直到達到目標（用戶定義的參數）。

調節涉及三個組成部分：比例、積分和微分。每個組件在每個特定係統中都有自己的重要性程度，並且這個或那個組件的貢獻越大，在監管過程中改變它就越重要。

比例成分最簡單，變化越大，係數（公式中的比例）越大，要減小影響，只需減小係數（乘數）即可。

假設溫室中的土壤水分遠低於設定值——那麼澆水時間應該只要當前水分低於設定值即可。這是一個粗略的例子，但原理大致相同。

積分分量——需要根據以往的控制事件來提高控制的準確性：將以往的誤差進行積分，並對其進行修正，最終實現未來控制的零偏差。

最後，差分組件。這裡考慮了受控變量的變化率。無論設定值是平穩變化還是突然變化，控制動作都不能導致控製過程中數值偏差過大。

剩下的就是選擇用於 PID 控制的設備。今天市場上有很多這樣的產品，有多通道的，可以讓您一次更改多個參數，如上面的溫室示例。

下面我們以歐文公司的通用PID調節器TRM148為例來看一下調節器的裝置。

八個輸入傳感器將信號饋送到各自的輸入端。信號被縮放、過濾、校正，它們的值可以通過按鈕切換在顯示屏上看到。

該設備的輸出是通過以下必要組合的各種修改產生的：

因此，控制動作可以是模擬的或數字的。數字信號 — 這些是可變寬度的模擬脈衝 — 以均勻範圍內的連續交流電壓或電流的形式：從 0 到 10 V 的電壓和從 4 到 20 mA 的電流信號。

這些輸出信號僅用於控制執行器，例如灌溉系統泵或打開和關閉加熱元件的繼電器或控制執行器閥門的電機。控制面板上有信號指示燈。

使用 PID 控制器的示例為了與計算機交互，TPM148 調節器配備了 RS-485 接口，允許：