島電SR93的PID控制參數設置

楊智

（沈陽市市場監管事務服務中心(沈陽市檢驗檢測中心)，遼寧 沈陽 110179）

熱工計量領域需要對熱電偶、熱電阻傳感器在規程指定的多個溫度點進行檢定，恒溫裝置和控溫器成為熱工測試系統重要的組成部分，以日本島電SR93 控溫器為例，介紹如何設置控制參數使恒溫裝置最快，最穩的到達設定溫度點，實現最優的控制效果。

一、PID 控制

PID 控制算法是最經典的自動控制算法，其控制結構與簡單的閾值控制系統基本相同，但PID 控制中被控對象的狀態與設定值的誤差很小，甚至可以忽略不計，如日本島電SR93 的控制精度就達到了0.3 級。PID 控制系統中，執行機構是不斷的持續行工作，且工作強度可以調節，即可以從停止工作狀態調整到滿負荷工作狀態。PID 控制包括三個控制參數[1]。

1.比例控制P：根據當前的誤差信息來計算輸出控制信號的大小，誤差越大，輸出的控制信號越大。KP 稱為比例常數，KP 的數值越大，控制系統的靈敏度越高，對誤差的反應越強烈，使控制對象能夠較快的達到設定值，但也容易使系統不穩定，控制過度。

2.積分控制 I：根據當前的誤差微分信息來計算輸出控制信號的大小，誤差積分越大，輸出的控制信號也越大。KI 稱為積分常數，比例控制達到設置值之后，誤差值為零，這時需要持續的誤差反饋作為控制輸入量，此時的積分誤差值仍不為零，其仍然可以產生一個穩定的輸出控制信號，維持誤差為零的控制效果。

3.微分控制 D：根據當前的誤差微分信息來計算輸出控制信號的大小，微分誤差越大，輸出的控制信號也越大。KD 稱為微分常數，誤差微分值越大，預示著被控制對象將產生較大的變化，而微分控制則是專門對抗這種激烈的變化，產生超前控制的效果[2]。

上式就是PID 控制算法的總公式，只要合理的設置KP、KI 和KD 三個值，基本上就可以滿足各種自動控制系統的要求。

二、SR93 的PID 設置

SR93 是一種高性能的單回路調節器。0.3 級精度、四種外形尺寸、四位超大LED 顯示，帶手動和模擬變送、設定值偏移（SB）、雙輸出及兩組專家PID 參數、一組外部開關、兩路報警和事件輸出，以及通訊功能。

（一）AT 自動整定

調節輸出正/反作用設置，選擇調節輸出反作用(加熱)或正作用(致冷)。反作用rA是指PV測量值與SV設定值的正偏差越大，調節輸出越小(加熱系統)。正作用dA 是指PV 測量值與SV 設定值的正偏差越大，調節輸出越大(致冷系統)。在對熱電偶、熱電阻的計量檢定中需要多段的升溫過程以達到規程中指定的計量溫度點，因此，需要選擇反作用rA。

1.AT 自整定示意圖

如圖1 所示，在未知最佳PID 參數的情況下，窗口設置SV 溫度后，執行AT 自整定，AT 自整定啟動on 后，AT 燈亮，在測量PV 值到達SV 設定值后，講自動造成對系統的二、三次擾動。SR93 根據超調震蕩的大小和恢復周期，自動計算出系統的PID參數值。當AT整定完成，AT燈滅，系統恢復正常控制。

（二）多段PID 加載

常見溫控器的用法是針對一個控溫裝置設定一個固定的SV 溫度點，SR93 控溫器應用AT 自整定得到的一組PID 參數值，一直進行操作調節。而在熱工計量領域，不同分度的熱電偶、熱電阻需要多個不同的檢定溫度點，這樣SR93 需要針對多段的A-＞B、B-＞C、C-＞D、D-＞E 等多個溫度點進行迅速的最優調節。這樣就需要針對性的試驗出多組參數如PID(A-＞B)、PID(B-＞C)、PID(C-＞D)、PID(D-＞E)等。當需要進行某段升溫時，可以將對應此段AT 自整定得到的PID 參數值，遠程直接下載至島電SR93。

（三）手動整定

對于一般的恒溫裝置，SR93 自整定都能達到預期控制效果的PID 參數，但是如果多次整定后的效果仍不理想，可以采用人工手動調整PID 參數。

1）當到達穩態前超調量過大，可以適當增加P 值以抑制超調。2）如果要加快到達穩態的時間，而允許少量超調時，可適當減小比例P 值。3）當測量值在設定值上下緩慢波動時，可以適當增加I 值或P 值。4）當測量值在設定值上下波動頻繁時，可以適當減小D 值[3]。

2.shimaden_com 軟件界面圖島電SR93 附帶的上位機調試軟件shimaden_com（如圖2）可以根據用戶需要便捷的設置儀表配置參數。如圖3 所示，用戶可以根據控制經驗手工下發P、I、D 配置參數及輸出上下限。

3.PID 參數設置界面圖

三、結論

在研究日本島電SR93 的PID 配置參數及PID 控制算法的基礎上，提出了分段AT 自整定及將分段整定得到的PID 參數值通過上位機下載至SR93 的控制方法，經熱電偶檢定實驗，熱電偶檢定爐在選擇最優PID 參數的情況下，可以更快更穩的達到預設SV 溫度檢定點，達到了預期的控制效果，大大縮減的熱工檢定的操作時間.