完整版容器液位调节阀远程控制系统的设计完整详细版毕业设计

此文档为 word 格式，下载后您可任意编辑修改！ )以下文档格式全部为 word 格式，下载后您可以任意修改编辑西安邮电大学毕业设计（论 文）题 目：容器液位调节阀远程控制系统的设计院系：自动化学院专业：自动化班级：自动 0703 班学生姓名：王党伟导师姓名：职称：起止时间：月 10日至 2011 年 6月 17日毕业设2011年 1计（论文）诚信声明书 本人声明：本人所提交的毕业论文《容器液位调节阀远程控制系统的设计》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之I处，本人愿承担相应的法律责任论文作者签名： 时间： 年 月 日指导教师签名： 时间： 年月 日西安邮电学院毕业设计 ( 论文 ) 任务书学生姓名 王党伟 指导教师 沈建冬 职称 讲师院（系） 自动化学院 专业 自动化题目 容器液位调节阀远程控制系统的设计任务与要求1、 学习西门子 PLC 和组态软件组态王的使用方法2、 熟悉 S7-300 软件和组态王软件。

3、 会使用组态王 6.52 软件画组态界面4、 绘制电气原理图、装配图、接线图5、 熟练掌握 S7-300 软件，具有一定的编程能力II开始日期1月10日完成日期6月17日院主任 (签字 )2011年3 月28日西安邮电学院毕业设计(论文)工作计划学生姓名 _王党伟 __指导教师 ___沈建冬 ______职称 ____讲师 ____系别 ______自动化学院 _________专业 ________自动化 ________题目容器液位调节阀远程控制系统的设计_______________________________________________________工作进程3月 23日~4月12日学习西门子 PLC和组态软件组态王的使用方法4月 13日~4月 29日熟悉 S7-300 软件和组态王软件4月 30日~5月 24日编写控制程序，画组态画面5月 25日~6月 4日仿真该控制方案，并进行实际操作6月 4日~6月 13日撰写毕业论文III主要参考书目 (资料 )[1]廖常初 .S7-300 PLC 编程及应用 .北京：机械工业出版社 .2005[2]钟肇焱主编 ,西门子 S7-300 系列 PLC 及应用软件 STEP. 武汉：华南理工大学出版社 .2005[3] 组态王 6.52 软件资料[4] 邱道伊等， SPLC 入门和应用分析 .北京：中国电力出版社， 2008论文 (设计 )过程中教师的指导安排每周三下午、周五下午对计划的说明西安邮电学院毕业设计 ( 论文) 开题报告自动化 学院 自动化 专业 07 级 03 班 课题名称：容器液位调节阀远程控制系统的设计学生姓名： 王党伟 学号指导教师： 沈建冬 职称 讲师报告日期：2011年 3月 30日IV1．本课题所涉及的问题及应用现状综述在石油工业、 化工生产、 电力工程、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类流体的液位高度进行检测和控制 . 由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。

随着科学技术的不断发展，人们对液位控制系统的要求越来越高，特别是高精度、智能化、人性化的液位控制系统是国内外液位控制系统发展的必然趋势2．本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析重点研究的关键问题：液位控制精度、基于 S7-300 软件的程序编写、熟悉组态王解决思路：除了传统的 PID 控制系统外，近年来随着智能仪表和 PLC的发展，加入智能型控制的系统也得以应用通过西门子 PLC控制器或智能仪表，水位传感器将检测到的实际水位转化为电压信号，经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到 PLC中进行 PID 调节 PLC控制器通过调节电动调节阀的工作来实现对水位的自动控制，同时利用组态软件组态王设计一个人机界面 （ HMI），通过串行口与可编程控制器或智能仪表通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便可行性分析：做好硬件设计，完成 PLC控制电路设计，水位检测电路设计，以及控制电路设计，完成人机界面设计最后，通过在实验室进行多次调试以及实验，对实验装置以及实验程序进行深入测试以及调试，使其尽可能达到最好的控制效果V3．完成本课题的工作方案第一周：了解题目，寻找相关的资料。

第二周至第五周： 学习西门子 PLC和组态软件组态王的使用方法第六周至第七周：熟悉 S7-300 软件和组态王软件第八周至第九周：编写控制程序，画组态画面第十周：仿真该控制方案，并进行实际操作第十一周至第十三周：撰写论文第十四周：提交论文，并进行答辩4 ． 指导教师审阅意见 指导教师 ( 签字 ) ：年 月 日说明：本报告必须由承担毕业论文 (设计 )课题任务的学生在毕业论文 (设计 ) 正式开始的第 1 周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅VI西安邮电学院毕业设计(论文)成绩评定表学生姓名王党伟性别 男学号专业班自动 0703班级容器液位调节阀远程控制系统的设计课题名称课题 实际 难 一类型 应用 度 般毕业设计（论2011年 1 月 10日～6 月 17 日指导教师沈建冬 (职称讲师 )文）时间课题任务论文(千字 ) ；设计、计算说 明书(千字)；图纸(张) ；其它( 含完成情况附件)：见 指导分项得分：开题调研论证分； 课题质量（论文内容）分； 创新 分；论文撰写（规范）分； 学习态度 分；外文翻译 分教指导教师审阅成绩：指导教师(签字)：年月 日师意评 分项得分：选题分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容）分； 创新 分；论文撰写（规范） 分；外文翻译 分阅评阅成绩： 评阅教师(签字)： 年 月 日教师意见VII分项得分：准备情况分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收 验收成绩： 验收教师(组长)(签字)： 年 月 日小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分；回答问题 分； 仪表 分答答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 年 月 日辩小组意见成绩计算方法指导教师成绩 (％) 评阅成绩 (％) 验收成绩 (％) 答辩成绩 (％)(填写本系实用)比例指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩学生实得成绩(百分制)答辩成绩 总评VIII答毕业论文(设计)总评成绩(等级)：辩委答辩委员会主任(签字)：院（系）(签章)员年月日会意见备注西安邮电学院毕业论文 (设计)成绩评定表 (续表)IX目录摘 要 ......................................................................................................................................................IABSTRACT ...........................................................................................................................................I I第一章绪论 ............................................................................................................................................11.1PLC的简介及其国内外发展趋势 ......................................................................................11.1.1PLC国内外现状 ......................................................................................................11.1.3本论文研究的意义 ................................................................................................41.1.4本论文研究的主要内容 ........................................................................................5第二章PID原理 ..................................................................................................................................62.1PID的原理、算法简介及参数整定 ................................................................................62.1.1比例（ P），积分（ I ），微分（ D）的控制原理 ..................................................62.1.2PID 算法 ...............................................................................................................62.1.3控制器 P、 I 、 D 项的选择 ....................................................................................92.1.4PID 控制器的参数整定 ......................................................................................11第三章程序及组态设计 ....................................................................................................................133.1S7-300 介绍 .................................................................................................................133.1.1S7-300 PLC 系统组成 .....................................................................................133.1.2STEP7 的工程建立过程 ....................................................................................143.2程序设计 .........................................................................................................................153.2.1PLC 程序 .............................................................................................................153.3组态软件介绍 ..................................................................................................................163.4组态画面设计 ..................................................................................................................173.4.1组态王简介 ..........................................................................................................173.4.2组态王开发 .........................................................................................................17第四章实验结果分析 ..........................................................................................................................214.1实验分析 .........................................................................................................................214.2结论及展望 ...................................................................................................................234.2.1结论 .....................................................................................................................234.2.2展望 .....................................................................................................................23致谢 ........................................................................................................................................24参考文献.................................................................................................................................25摘 要过程控制是生产过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成分。

通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期与程序进行的生产过程自动控制在现代工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用本课题主要以单容水箱为理论模型，主要以 PID算法，组态王为上位组态软件，内置西门子 S7-300PLC的 A3000过程控制系统实现水箱液位的自动调节首先分别介绍 PLC,PID 的基础知识及其特点，应用领域，然后介绍了西门子 S7-300PLC的具体设计过程和组态王的功能应用关键词：西门子 S7-300PLC，PID算法 , 组态王， A3000过程控制系统AbstractProcesscontrol automation of the production processis Short title, Usually refersto oil, chemicals, power, metallurgy, light industry, building materials, such asindustrial production of nuclear energy in a continuous cycle or by a certain procedureand the production of automatic control. In the course of modern industrial production,Process control technology is optimal for the realization of all the technical andeconomic indicators, enhance economic efficiency and labor productivity, improveworking conditions and protecting the environment and other aspects of playing anincreasing role.This topic is in single let water tank for theoretical model, mainly PID algorithm, kingview for superior configuration software, built-in Siemens s7-300 A3000 process control system in mill realization of automatic adjustment of the tank level.First introduced PLC, the PID respectively the basic knowledge and its characteristics, application field, then introduces Siemens s7-300 PLC design process and configuration king function applications.Keywords: Siemens S7 –300PLC, PID algorithm, kingview, A3000 process controlsystem.第一章 绪论1.1 PLC的简介及其国内外发展趋势国内外现状a.PLC 的概念可编程控制器（ Programmable Logic Controller ）简称 PLC或 PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。

PLC 之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的 能力、编程安装使用简便、低价格长寿命比之单片机，它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本 PLC的下端 (输入端 )为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务自 1836 年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑 控制或顺序控制至今，在 PLC的编程语言 ——梯形图中还可以看到这些布线的影子直到 60 年代末、 70 年代初可编程控制器问世，随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展，以及微处理器的出现，PLC产品朝小型和超小型化方面进行了一次飞跃， 最终使早期的 PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及 PID 回路调节等功能的现代 PLC国际电工委员会（ IEC）在其标准中将 PLC定义为：可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种机械或生产过程可程式逻辑控制器及其有关的外部设施，都按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计b．PLC国内外状况世界上公认的第一台 PLC是 1969 年美国数字设备公司（ DEC）研制的限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的 PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能 20 世纪 70 年代初出现了微处理器人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名此时的 PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物20 世纪 70 年代中末期， 可编程控制器进入实用化发展阶段， 计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升这标志着可编程控制器已步入成熟阶段20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器上海东屋电气有限公司生产的 CF系列、杭州机床电器厂生产的 DKK及 D系列、大连组合机床研究所生产的 S 系列、苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。

此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家可以预期，随着我国现代化进程的深入， PLC在我国将有更广阔的应用天地c. PLC 的应用领域目前， PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类1）开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog ）和数字量（ Digital ）之间的 AD转换及 DA转换 PLC厂家都生产配套的 AD和 DA转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说， 早期直接用于开关量 IO 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块世界上各主要 PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法大中型 PLC都有 PID 模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用d．PLC的展望21 世纪， PLC 会有更大的发展从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统 DCS（ Distributed ControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用PID 的相关知识介绍及其发展趋势PID 英文全称为 Proportion Integration Differentiation ，它是一个数学物理术语在工程实际中， 应用最为广泛的调节器控制规律为比例、 积分、微分控制，简称 PID 控制，又称 PID 调节 PID 控制器问世至今已有近 70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的 其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用 PID 控制技术最为方便即当我们不完全了解一个系统和被控对象， 或 不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用 PID 控制技术 PID 控制，实际中也有 PI 和控制 PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。

PD目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段智能 控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接 口控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器不同的控制系统，其传感器、 变送器、执行机构是不一样的比如压力控制系统要采用压力传感器电加热控制系统的传感器是温度传感器目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的 PID 控制器产品本论文研究的意义过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。

在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了以组态王模拟界面，西门子 S7-300PLC为控制器的 PID液位控制系统本论文研究的主要内容除模拟 PID调节器外，可以采用计算机 PID算法控制首先由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过 PLC进行 AD转换，变成数字信号后，被输入计算机中；最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用 PID程序算法得到输出值，再将输出值传送到 PLC中，由 PLC将数字信号转换成模拟信号最后，由 PLC的输出模拟信号控制电磁阀，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制第二章 PID 原理2.1 PID 的原理、算法简介及参数整定比例（ P），积分（ I ），微分（ D）的控制原理（1）比例（ P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（ Steady-state error ）2）积分（ I ）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（ System with Steady-state Error ）为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项” 积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零因此，比例 +积分（ PI ）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差3）微分（ D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（ delay ）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项” ，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例 +微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。

所以对有较大惯性或滞后的被控对象， 比例 +微分（ PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性算法数字PID 控制算法在计算机控制系统中，使用的是数字PID 控制器，数字PID控制算法通常又分为位置式 PID 控制算法和增量式 PID 控制算法位置式 PID 控制算法在模拟过程控制中， PID 控制算式为u(t ) K P1tTD de(t )e(t )e(t )dtTI0dt(2.1)写成传递函数形式为U (s)KP (11G (s)TD s)E( s)TI s(2.2)式中 ——比例系数；——积分时间常数；——微分时间常数；由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式（ 2.1 ）中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理当采样周期 T 足够短时， 以一系列的采样时刻点代表连续时间 t ，以和式代替积分，以增量代替微分， , 则可作如下近似变换：tkke(t) dtTe jTTe( j )0j 0j0de(t )e(kT )e ( k1)Te(k ) e( k 1)dtTT（ 2.3 ）在上式中，为书写方便，将简化表示成等， 即省去 T。

将式（2.3 ）代入式（2.1 ），可得离散的 PID 表达式为：u(k )K PTkTDe(k)e(k1)e( k)e( j )TIj 0T(2.4)ku(k )K Pe( k) K Ie( j )K De(k)e(k1)2.5)写成：j0(式中 —采样序号，；—第次采样时刻的计算机输出值；—第次采样时刻输入的偏差值；—积分系数，；—微分系数，根据变换的性质：和对式（ 2.5 ）进行变换为：U ( z) K P E (z) K IE( z)KD E(z) z 1E( z)1 z 1（ 2.6 ）由式（ 2.6 ）便可得到数字 PID 控制器的传递函数为G ( z)U ( z)K PK I1K D 1 z 1E( z)1 z（2.7 ）由于计算机输出的直接去控制执行机构（如阀门） ，的值和执行机构的位置（如阀门开度）是一一对应的，所以通常称式（ 2.4 ）为位置式 PID 控制算法由于位置式 PID 控制算法是全量输出，故每次输出均与过去的状态有关，计算时要对进行累加，计算机运算工作量大而且，因为计算机输出对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，在某些场合，可能造成重大的生产事故，为避免这种情况的发生，提出了增量式 PID 控制的控制算法。

增量式 PID 控制算法增量式 PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量，由式（2.5 ）和递推原理可得k1u( k 1)kP e(k1) KIe( j )K D e(k1)e(k2)(2.8)j0用式（ 2.5 ）减去（ 2.8 ），可得u(k )K P e(k )e(k 1)K I e(k ) K De(k)2e( k1) e(k 2)(2.9 )u(k )K P e(k)K I e(k )K De( k)e(k1)(2.10)式中式（ 2.10 ）即增量式 PID 控制算法式（ 2.10 ）可进一步改写为：u(k ) Ae( k) Be( k 1) Ce(k 2)(2.11)式中，，它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数可以看出，由于一般计算机控制系统采用恒定的采样周期，一旦确定了、 、，只要使用前后 3 次测量值的偏差，即可求出控制增量采用增量式算法时，计算机输出的控制增量对应的是本次执行机构位置（例如阀门开度）的增量对应阀门实际位置的控制量，即控制量增量的积累需要采用一定的方法来解决，例如用有积累作用的元件来实现；而目前较多的是利用算式通过软件来完成。

和位置式 PID 控制相比，增量式 PID 控制具有许多优点：（ 1）由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉 2）手动自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍能保持原值 3）算式中不需要累加控制增量的确定，仅与最近次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果增量式 PID 控制器的不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大控制器 P、I 、D 项的选择比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度因为有误差，积分调节就进行，甚至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值积分作用的强弱取决于积分时间常数 Ti,Ti 越小，积分作用就越强反之 Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，稳态性下降，稳态响应慢积分作用常与另两种调节规律结合，组成 PI 调节器或 PID调节器微分调节作用：微分作用反应系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没形成之前，已被微分调节作用消除。

因此，可以改善系统动态性能在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成 PD或 PID控制器比例（ P）控制单独的比例控制也称“有差控制”， 输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合工业生产中比例控制规律使用较为普遍比例积分（ PI ）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。

但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比这里的“积分”指的是“积累”的意思积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小） ，一直到偏差为零，累积才会停止所以，积分控制可以消除余差积分控制规律又称无差控制规律积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。

但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用比例微分（ PD）控制。