如果你的工作会与PID温度控制打交道，那么说不定你已经发现这种循环有时颇具挑战，而且对于不同的控制器和应用场合，其具体需要也不尽相同。此文所述旨在解释控制器如何工作，并对使用PID温度控制器给出一些基本的建议。我们已经尽可能地避免使用不必要的艰深词汇，仅仅引用一些控制器说明书上和其他参考资料上常见的基本术语和定义。你必须牢记于心，没有完全一样的控制器，更没有完全一样的应用场合。假使你以为我们的经验覆盖了所有的情况并且百试不爽，那么这是和我们的初衷相悖的。当你的项目应用所处的特殊环境中做任何更改时，你都必须详加考虑。
        为什么要调整控制器？
        为了得到最佳结果，PID控制器需要知道应该对热量做何种调整以获得预期的温度变化，以及温度会在加热器功率变化后多长时间内做出响应。调整功能将系统特性传达给控制器，控制器将会从PID设置中获得系统特性。PID设置的具体名称取决于控制器生产厂商，但是通常就是：比例或者增益、积分或者重置、微分或者比率。控制器的说明书对PID参数设置都有描述，只有经过调整，控制器才能获得这些参数的最优值，因为每个系统都不一样。

必须通过合理的调整使控制器理解过程的特性。

        经过合理调整，温度值就会在设定点周围振荡，缓慢地对变化做出响应，或者在设定值变化之初做出过量响应。由于作业人员必须等待直至响应完成，所以产量就受到了影响，产出降低，而且一旦产品在错误的温度下加工，残次品也会增加。
        如何调整PID控制器？
        最简单的调整PID控制器的方法就是使用自动调整功能。几乎所有电子温度控制器都具有这种功能，只是实现方法不同。如何最好地利用控制器的自动调整功能，可以阅读产品说明书或者电话咨询生产厂商。有些控制器会随着环境温度变化而进行调整，有些控制器在控制点附近作调整，任何一种方法都可以自动调整PID设定值，所以你无须自行调整。但是在使用自动调整功能之前，最好考虑如下问题：
        ■ 在调整时温度可能会超过设定值，在控制点周围进行调整的控制器会强制温度上下变化控制工程网版权所有，为了限制最高温度，你可以先设定一个较低的设定值，然后观察调整过程，在确认调整时温度不会过高之后，你就可以再次设定一个较高的设定值了。
        ■ 自动调整功能可能会有一个时间限制，所以那些很缓慢的过程可能无法自动调整。在调整之前和之后检查PID的设定值，如果设定值并没有变化，那么自动调整功能就是因为某种原因而没有工作，此时最好向控制器的生产厂商寻求帮助。
        ■ 根据过程特性来定义什么是合适的调整。某些控制器具有一些选项，可以为过程定制自动调整结果。例如，某些Watlow控制器支持选择是否允许一定程度的过冲以使温度在最短时间内到达设定值，或者更加谨慎地接近设定值，以最小化或者消除过冲。
        为了在调整时得到最佳结果，必须确保系统处于正常工作状态，如下是一些成功的自动调整窍门：
        1.在自动调整之前设置好设定值。
        2.在开始之前确保系统温度稳定。
        3.在需要使用的时间和地点调整系统。在美国加州夏日时的实验室中所做的调整并不一定能够适用于明尼苏达州冬天的应用。
        4.使用加热器的实际作业电压进行调整。如果在调整时加热器使用240V交流电，但是安装在用户现场时使用208V交流电，那么由于功率变化会导致加热器效果变化，所以控制器需要再次进行调整。
        5.使用实际的产品进行调整，或者使用合理的仿真进行调整。装满了金属制品的烘箱与空烘箱的调整过程完全不一样。
        6.对组装完毕并已安装投运的系统进行调整，设备在加盖盖板和移除盖板的情况下，调整也不相同。
        7.考虑所有的加热源。实验用烘箱内已经上电的电路板卡会对调整造成剧烈影响。
        8.考虑所有的散热。假设你安装了一台设备，与其他设备共用排风管道，当与其他设备相连的排风支路关闭时，你对一台设备进行调整，此时的冷却效果会比其他设备共用排风孔工作时要好得多。
        9.考虑系统正常工作的环境温度，并在最高点、最低点和中间点温度进行调整，或者如果工作温度点不是很多，就在每一个温度值下进行测试调整。每一次调整过后，记录PID的设定值，通常每一次调整之后，控制器都会将上一次的调整设置覆盖掉。如果测试调整运行良好，那么就使用最宽的比例带范围（最低增益）、最少主动积分（每分钟最少重复次数或者每次最长时间）和最少主动微分（一般就是最小数量）。
        10.一旦需要同时控制多个温度，而且温度之间又会互相影响，对于在设定值附近进行调整的控制器，一次只进行一个循环的调节，同时保持其他循环静置在设定值。对于环境温度高出控制温度的时候，可能最好就是同步调整循环。
        11.例如，如果产品和热量流是由一处温度控制区流转到另一个传送带烘箱，那么就按照那个顺序调整。
        何时调整结束
        当系统加热并快速稳定于设定值，以及当温度稳定于新的设定值，不再发生剧烈振荡时即为调整结束。当然CONTROL ENGINEERING China版权所有，快速和剧烈是相对的，如前文所述，有些过程容许很小的过冲，使系统在最短的时间内完成温度变化，而其他系统则不是这样。对于那些允许过冲的系统，我们希望能得到如图1所示的响应曲线。对于我们来说控制工程网版权所有，调整结束的指标并不仅仅是温度稳定，还要求输出功率也达到稳定——只允许低于很小百分比的振荡。

图1  所示为一个调整好的系统是如何在维持适中的过冲前提下完成对设定值变化做出响应的。一旦温度达到了新的设定值，温度等级和功率等级就会保持稳定。

图2  所以为另一种情况，过程从冷态开始，一旦加热器开始工作，温度就会稳步升高直到达到设定值，然后温度趋于稳定，不会产生任何过冲。加热器的功耗水平随之迅速降低，处于保持温度状态。

        使用SpecView之类的软件来绘制温度、设定值和热功率百分比的曲线。有了曲线，你就可以通过测量到达设定值的时间、到达稳定状态的时间以及振荡幅度来量化系统的性能，进而测算调整是否能够满足需要。
        如果无法自动调整
        如果温度并未达到预期值，考虑如下事项：
        ■ 自动调整功能是否工作于理想条件下？重新比对前文所述要点，如果有不合适的地方，更改之后再次运行自动调整功能。
        ■ 如果温度已经稳定于设定值，而加热器功耗水平并未处于10%到90%之间，那么查找如下错误，例如没有加盖，或者存在加热器故障。如无上述问题，可能问题出在设计或者安装环节。
        ■ 如果加热器以100%功率运行，而温度并没有升高，或者根本达不到设定值，关掉加热器检查传感器的位置是否正确或者是否连接正确。如无上述问题，尝试从加热功率不足或者制冷过度等角度着手，此时调整功能本身可能并非问题的关键。
        ■ 如果温度值一直处于振荡状态CONTROL ENGINEERING China版权所有，是否是由于电源开关方法导致？如果振荡频率与时间调整的循环时间一致，那么在继电器允许的情况下减少循环时间，或者使用固态功率控制器取代继电器，以实现更高的开关速度。
        ■ 如果作业条件变化过于剧烈，PID控制器无法适应，导致调整性能很差，那么如果你的控制器支持适应性调整功能，可以尝试一下。
        切换到手动模式
        如果仍需改进，不妨手动矫正调整功能。手动调整PID控制的具体操作方法已经超过了本文的讨论范畴，但是你可以从如下几点考虑：
        ■ 如果温度达到设定值的速度不够快，你可以对其进行改进，但是必须容忍一点点过冲和稳定时间。
        ■ 如果稳定时间较长，你可以有所改进，但是必须容忍对设定值变化较慢的响应速度。
        ■ 一次仅对一个PID设定值进行校正。
        ■ 必须明确应该使用何种方法对每一个参数进行校正才能达到预期效果。
        ■ 在做校正的时候，将PID设定值加倍或者减半，因为对于大多数控制器来说控制工程网版权所有，微小改动所产生的效果是可以忽略的。
        ■ 更改设定值以测试系统的响应。
        ■ 等待足够长的时间，对现有改动效果确认之后再做下一个改动。等待多长时间取决于系统的响应速度，如果仍旧处于振荡状态，那么再等待3到4个循环。
        ■ 每次做更改之后都将结果制图，并在图上记录下PID设置值，随后你可以评估所做的改变是否在持续改进。
        ■ 将输出功率制图，如果输出功率处于振荡状态，哪怕温度处于稳定状态，系统也可能并未稳定。输出功率就像一个能够预言的水晶球，在加热器的效果产生之前，以及在系统将结果发送给传感器之前，它就能够告诉你控制系统将作何动作。
        我们希望这些建议能够帮助你改进控制器的性能。