财务代理记账:PID、P&ID傻傻分不清楚
录入编辑:上海财务代理 | 发布时间:2024-06-07![](/static/upload/image/20231117/1700190649181895.jpg)
1.1 啥是PID?
PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。
PID距今已经有107年的历史了。
它并不是什么很神圣的东西,大家一定都见过PID的实际应用。
比如四轴飞行器,再比如平衡小车……还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器….
就是类似于这种:需要将某一个物理量“保持稳定”的场合(比如维持平衡,稳定温度、转速等),PID都会派上大用场。
1.1.1 kP
P就是比例的意思。它的作用蕞明显,原理也蕞简单。我们先说这个:
需要控制的量,比如水温,有它现在的『当前值』,也有我们期望的『目标值』。
- 当两者差距不大时,就让加热器“轻轻地”加热一下。
- 要是因为某些原因,温度降低了很多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。
- 要是当前温度比目标温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温到达目标附近。
这就是P的作用,跟开关控制方法相比,是不是“温文尔雅”了很多。
实际写程序时,就让偏差(目标减去当前)与调节装置的“调节力度”,建立一个一次函数的关系,就可以实现蕞基本的“比例”控制了~
kP越大,调节作用越激进,kP调小会让调节作用更保守。
要是你正在制作一个平衡车,有了P的作用,你会发现,平衡车在平衡角度附近来回“狂抖”,比较难稳住。
如果已经到了这一步——恭喜你!离成功只差一小步了~
1.1.2 kD
D的作用更好理解一些,所以先说说D,蕞后说I。
刚才我们有了P的作用。你不难发现,只有P好像不能让平衡车站起来,水温也控制得晃晃悠悠,好像整个系统不是特别稳定,总是在“抖动”。
你心里设想一个弹簧:现在在平衡位置上。拉它一下,然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小,它可能会震荡很长时间,才会重新停在平衡位置。
请想象一下:要是把上图所示的系统浸没在水里,同样拉它一下 :这种情况下,重新停在平衡位置的时间就短得多。
我们需要一个控制作用,让被控制的物理量的“变化速度”趋于0,即类似于“阻尼”的作用。
因为,当比较接近目标时,P的控制作用就比较小了。越接近目标,P的作用越温柔。有很多内在的或者外部的因素,使控制量发生小范围的摆动。
D的作用就是让物理量的速度趋于0,只要什么时候,这个量具有了速度,D就向相反的方向用力,尽力刹住这个变化。
kD参数越大,向速度相反方向刹车的力道就越强。
如果是平衡小车,加上P和D两种控制作用,如果参数调节合适,它应该可以站起来了~欢呼吧。
等等,PID三兄弟好像还有一位。看起来PD就可以让物理量保持稳定,那还要I干嘛?
因为我们忽视了一种重要的情况:
1.1.3 kI
还是以热水为例。假如有个人把我们的加热装置带到了非常冷的地方,开始烧水了。需要烧到50℃。
在P的作用下,水温慢慢升高。直到升高到45℃时,他发现了一个不好的事情:天气太冷,水散热的速度,和P控制的加热的速度相等了。
这可怎么办?
- P兄这样想:我和目标已经很近了,只需要轻轻加热就可以了。
- D兄这样想:加热和散热相等,温度没有波动,我好像不用调整什么。
于是,水温永远地停留在45℃,永远到不了50℃。
作为一个人,根据常识,我们知道,应该进一步增加加热的功率。可是增加多少该如何计算呢?
前辈科学家们想到的方法是真的巧妙。
设置一个积分量。只要偏差存在,就不断地对偏差进行积分(累加),并反应在调节力度上。
这样一来,即使45℃和50℃相差不太大,但是随着时间的推移,只要没达到目标温度,这个积分量就不断增加。系统就会慢慢意识到:还没有到达目标温度,该增加功率啦!
到了目标温度后,假设温度没有波动,积分值就不会再变动。这时,加热功率仍然等于散热功率。但是,温度是稳稳的50℃。 财务代理记账
kI的值越大,积分时乘的系数就越大,积分效果越明显。
所以,I的作用就是,减小静态情况下的误差,让受控物理量尽可能接近目标值。
I在使用时还有个问题:需要设定积分限制。防止在刚开始加热时,就把积分量积得太大,难以控制。
02 P&ID
2.1 啥是P&ID?
P&ID,也就是我们化工人常说的管道仪表流程图了,是PIPING AND INSTRUMENTATION DIAGRAM的缩写。P&ID的设计是在PFD的基础上完成的。它是化工厂的工程设计中从工艺流程到工程施工设计的重要工序,是工厂安装设计的依据。
化工工程的设计,从工艺包、基础设计到详细设计中的大部分阶段,P&ID 都是化工工艺及工艺系统专业的设计中心,其他专业(设备、机泵、仪表、电气、管道、土建、安全等)都在为实现P&ID里的设计要求而工作。 P&ID的绘制如无特别规定及设计规范大多均可参考《HG20519-2009化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》。