基地式儀表是將測量、顯示、控制和執(zhí)行幾都分組合設計成一個整體裝置。由于儀表直接安裝于被控的生產(chǎn)設備附近，故稱為基地式或現(xiàn)場型儀表?；厥絻x表的所有部件都裝在一個機殼里，具有結構簡單、動作可靠、價格便宜、運行穩(wěn)定、維修方便、安全防爆等優(yōu)I。一般情況下，用一臺氣動調(diào)節(jié)器與一個氣動調(diào)節(jié)閥配合使用，就可解決簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的檢測、指示、控制和報警全部問題。本文重點介紹氣動調(diào)節(jié)器實現(xiàn)PID控制的基本原理。

1、氣動調(diào)節(jié)器比例(P)控制規(guī)律的實現(xiàn)
一個假想的氣動比例調(diào)節(jié)器原理如圖1所示。誤差的檢測由波紋管A和B來實現(xiàn)，測量值或設定值的任何變化都將導致?lián)醢宓囊苿?，?jīng)噴嘴擋板機構放大后，至功率放大器再進行功率放大，其輸出P0又經(jīng)反饋波紋管E和驅(qū)動桿F作用于擋板，最后使調(diào)節(jié)器輸出P0穩(wěn)定在某一值，并實現(xiàn)與測量值和設定值之差成比例。氣動調(diào)節(jié)器的比例增益可通過改變增益調(diào)整球的上下位置進行整定，氣動調(diào)節(jié)器的輸出零點可通過調(diào)零彈簧進行調(diào)整，氣動調(diào)節(jié)器正作用、反作用可通過改變測量信號和設定值信號輸入波紋管A和B的方法來實現(xiàn)。在圖中，測量信號進入波紋管B，設定信號進入波紋管A，氣動調(diào)節(jié)器是正作用如果改為測量信號進入A，設定信號進入B，則變?yōu)榉醋饔谩?/span>



2、氣動調(diào)節(jié)器比例積分(PI)控制規(guī)律的實現(xiàn)
比例控制的主要問題是存在靜差。為了減少或消除靜差，可以采用高增益比例控制器或開關式調(diào)節(jié)器，但會引起系統(tǒng)的振蕩。為了實現(xiàn)穩(wěn)定控制，同時實現(xiàn)無靜差，可以把圖1所示的比例調(diào)節(jié)器變?yōu)閳D2所示的PI調(diào)節(jié)器。對圖1和圖2進行比較可知，兩者的區(qū)別只是比例控制器的調(diào)零彈簧被波紋管H和針閥I所代替。如果圖2中的針閥I在波紋管H為某一固定壓力時被關閉，則波紋管H的作用就相當于圖1的調(diào)零彈簧。這時PI調(diào)節(jié)器就相當于P調(diào)節(jié)器。如果針閥I全開，波紋管E和H之間的作用力相平衡，這就等于沒有負反饋作用，控制器就成為開關調(diào)節(jié)器。如果針閥I處于全關或全開之間的某一位置，則在測量值與設定值有一偏差時，調(diào)節(jié)器一方面由噴嘴擋板機構、功率放大器及波紋管E等實現(xiàn)比例控制作用，另一方面又通過針閥I和波紋管H實現(xiàn)積分控制作用。顯然，這種PI調(diào)節(jié)器的特點是開始是比例控制，因為有負反饋，故使比例增益較??；后來是積分作用，由波紋管H來實現(xiàn)，因為是正反饋使控制器比例增益增大，其增大的數(shù)值是流入波紋管H或從波紋管H流出的流量之函數(shù)。因此，這種調(diào)節(jié)器能實現(xiàn)初始響應的低增益，然后增大增益以克服靜差的問題，即完成低、高增益兩種功能作用。



3、氣動調(diào)節(jié)器比例微分(PD)控制規(guī)律的實現(xiàn)
控制系統(tǒng)的基本目標是提高穩(wěn)定性，減少衰減振蕩周期和初始超調(diào)，減少或消除靜差。積分作用雖然能消除靜差，但不能解決振蕩周期和初始超調(diào)的問題。實際上，有了積分作用，振蕩周期和初始超調(diào)反而增加。為了減少振蕩周期和初始超調(diào)，調(diào)節(jié)器應在初始響應時是高增益，然后是減少增益。這一現(xiàn)象與積分作用是相矛盾的，而PD調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)上述目的。PD調(diào)節(jié)器原理如圖3所示。 
  

 
圖3中，PD調(diào)節(jié)器與圖1所示的P調(diào)節(jié)器基本上是相同的，在波紋管E的反饋回路加入一針閥D，如果針閥D在波紋管E為某一固定壓力時關閉，則比例反饋作用就消失，調(diào)節(jié)器就成為開關控制器；如果針閥D全開，則調(diào)節(jié)器就是比例調(diào)節(jié)器。如果針閥D在全開和全關之間的某一開度，即在測量值與設定值之間有一偏差時，由于比例負反饋作用(波紋管E的壓力變化)受到抑制，故開始時的比例增益比較大，然后逐漸增大比例負反饋作用，使比例增益減少。因此，PD調(diào)節(jié)器可實現(xiàn)減少振蕩周期和初始超調(diào)的控制功能，也能減少靜差，但不能消除靜差。

4、氣動調(diào)節(jié)器比例積分微分(PID)控制規(guī)律的實現(xiàn)
開關控制器具有結構簡單、可維護性好、成本低等優(yōu)點，而且能夠?qū)崿F(xiàn)減小靜差或無靜差控制，但是開關控制器會使控制系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。如果采用適當増益的比例調(diào)節(jié)器，雖然能減小系統(tǒng)振蕩，但又會使控制系統(tǒng)產(chǎn)生靜差。而采用PI調(diào)節(jié)器雖然可以消除靜差，但又增加了振蕩周期和初始超調(diào)；PD調(diào)節(jié)器可以減小振蕩周期和初始超調(diào)，但不能消除靜差。把比例、積分和微分3種作用組合起來的PID調(diào)節(jié)器綜合了上述幾種調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，能使控制系統(tǒng)獲得理想的調(diào)節(jié)性能。氣動組合儀表的PID調(diào)節(jié)器原理如圖4所示。 



 
在工業(yè)自動控制中PID調(diào)節(jié)器使用很廣泛，閱讀完本文，大家對氣動PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)PID控制的原理有所了解，有必要進一步了解技術更先進的人工智能調(diào)節(jié)器和傻瓜式模糊PID調(diào)節(jié)器，對豐富您過程控制相關知識大有好處。