以 TRM148 OWEN 为例，在自动化系统中使用 PID 控制器

自动调整、调整系统

自动控制是自动控制的一种。通过测量受控对象的状态或影响对象的调节机构的干扰来维持表征技术过程的特定值的恒定性，或其根据给定规律的变化。

为了执行自动调节，将一组设备连接到要调节的装置，这些设备的组合称为调节器。

基于表征过程的一个或多个变量的测量，控制器通过改变一个或多个控制动作来影响过程，维持受控变量的设定值。

控制系统——旨在维持某个物理量的给定变化规律的系统称为受控量。受控变量的设定值可以是常数，也可以是时间或其他变量的函数。

在调节过程中，将控制值与设定值进行比较，当控制值与设定值存在偏差时，调节作用进入控制对象，恢复控制值。

监管行动可以由人手动输入。如果被控变量的测量和控制作用的引入均由仪器完成，无需人为干预，则称该控制系统为自治系统。

除了控制动作外，控制系统还受到扰动的影响，使控制变量偏离设定值，发生控制误差。

根据控制动作变化的性质，控制系统又分为自动稳定系统（控制动作是一个常数值或者是程序控制系统时间的给定函数）和伺服系统（控制的变化动作由先前未知的控制动作决定））。

PID控制器

PID 控制器是一种现成的设备，允许用户实施软件算法来控制自动化系统的一个或另一个设备。如果您使用现成的设备（例如 OWEN 公司的 8 通道通用 PID 控制器 TRM148），构建和配置调节（控制）系统会变得更加容易。

假设您需要自动维护温室中合适的气候条件：考虑植物根部附近土壤的温度、气压、空气和土壤的湿度，并保持指定的参数通过控制加热元件和粉丝。这再简单不过了，只需调整 PID 控制器即可。

我们先回忆一下什么是PID控制器？ PID控制器是一种通过比例、积分和微分三种方式不断细化输出参数的特殊装置，初始参数是从传感器（压力、湿度、温度、光照等）获得的输入参数。

输入参数从传感器（例如湿度传感器）馈送到 PID 控制器的输入端。调节器接收电压或电流值，对其进行测量，然后根据其算法进行计算，最后向相应的输出发送信号，结果是自动化系统收到控制动作。土壤水分减少 - 浇水打开几秒钟。

目标是实现用户定义的湿度值。或者例如：照明减少了 - 打开植物上的植物灯等。

PID控制

事实上，虽然一切看起来都很简单，但调节器内部的数学运算更为复杂，并非一步到位。灌溉开启后，PID 控制器再次测量，测量输入值现在改变了多少——这就是控制误差。现在将纠正驱动器上的下一个动作，同时考虑到测量的调整误差，在每个控制步骤中依此类推，直到达到目标（用户定义的参数）。

调节涉及三个组成部分：比例、积分和微分。每个组件在每个特定系统中都有自己的重要性程度，并且这个或那个组件的贡献越大，在监管过程中改变它就越重要。

比例成分最简单，变化越大，系数（公式中的比例）越大，要减小影响，只需减小系数（乘数）即可。

假设温室中的土壤水分远低于设定值——那么浇水时间应该只要当前水分低于设定值即可。这是一个粗略的例子，但原理大致相同。

积分分量——需要根据以往的控制事件来提高控制的准确性：将以往的误差进行积分，并对其进行修正，最终实现未来控制的零偏差。

最后，差分组件。这里考虑了受控变量的变化率。无论设定值是平稳变化还是突然变化，控制动作都不能导致控制过程中数值偏差过大。

剩下的就是选择用于 PID 控制的设备。今天市场上有很多这样的产品，有多通道的，可以让您一次更改多个参数，如上面的温室示例。

下面我们以欧文公司的通用PID调节器TRM148为例来看一下调节器的装置。

八个输入传感器将信号馈送到各自的输入端。信号被缩放、过滤、校正，它们的值可以通过按钮切换在显示屏上看到。

该设备的输出是通过以下必要组合的各种修改产生的：

因此，控制动作可以是模拟的或数字的。数字信号 — 这些是可变宽度的模拟脉冲 — 以均匀范围内的连续交流电压或电流的形式：从 0 到 10 V 的电压和从 4 到 20 mA 的电流信号。

这些输出信号仅用于控制执行器，例如灌溉系统泵或打开和关闭加热元件的继电器或控制执行器阀门的电机。控制面板上有信号指示灯。

使用 PID 控制器的示例为了与计算机交互，TPM148 调节器配备了 RS-485 接口，允许：