基地式儀表是將測量、顯示、控制和執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設備附近，故稱為基地式或現場型儀表。基地式儀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、運行穩定、維修方便、安全防爆等優I。一般情況下，用一臺氣動調節器與一個氣動調節閥配合使用，就可解決簡單調節系統的檢測、指示、控制和報警全部問題。本文重點介紹氣動調節器實現PID控制的基本原理。

1、氣動調節器比例(P)控制規律的實現
一個假想的氣動比例調節器原理如圖1所示。誤差的檢測由波紋管A和B來實現，測量值或設定值的任何變化都將導致擋板的移動，經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又經反饋波紋管E和驅動桿F作用于擋板，最后使調節器輸出P0穩定在某一值，并實現與測量值和設定值之差成比例。氣動調節器的比例增益可通過改變增益調整球的上下位置進行整定，氣動調節器的輸出零點可通過調零彈簧進行調整，氣動調節器正作用、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。在圖中，測量信號進入波紋管B，設定信號進入波紋管A，氣動調節器是正作用如果改為測量信號進入A，設定信號進入B，則變為反作用。



2、氣動調節器比例積分(PI)控制規律的實現
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節器，但會引起系統的振蕩。為了實現穩定控制，同時實現無靜差，可以把圖1所示的比例調節器變為圖2所示的PI調節器。對圖1和圖2進行比較可知，兩者的區別只是比例控制器的調零彈簧被波紋管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的調零彈簧。這時PI調節器就相當于P調節器。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節器。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，調節器一方面由噴嘴擋板機構、功率放大器及波紋管E等實現比例控制作用，另一方面又通過針閥I和波紋管H實現積分控制作用。顯然，這種PI調節器的特點是開始是比例控制，因為有負反饋，故使比例增益較小；后來是積分作用，由波紋管H來實現，因為是正反饋使控制器比例增益增大，其增大的數值是流入波紋管H或從波紋管H流出的流量之函數。因此，這種調節器能實現初始響應的低增益，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、氣動調節器比例微分(PD)控制規律的實現
控制系統的基本目標是提高穩定性，減少衰減振蕩周期和初始超調，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的問題。實際上，有了積分作用，振蕩周期和初始超調反而增加。為了減少振蕩周期和初始超調，調節器應在初始響應時是高增益，然后是減少增益。這一現象與積分作用是相矛盾的，而PD調節器可實現上述目的。PD調節器原理如圖3所示。 
  

 
圖3中，PD調節器與圖1所示的P調節器基本上是相同的，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，調節器就成為開關控制器；如果針閥D全開，則調節器就是比例調節器。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調節器可實現減少振蕩周期和初始超調的控制功能，也能減少靜差，但不能消除靜差。

4、氣動調節器比例積分微分(PID)控制規律的實現
開關控制器具有結構簡單、可維護性好、成本低等優點，而且能夠實現減小靜差或無靜差控制，但是開關控制器會使控制系統產生振蕩。如果采用適當増益的比例調節器，雖然能減小系統振蕩，但又會使控制系統產生靜差。而采用PI調節器雖然可以消除靜差，但又增加了振蕩周期和初始超調；PD調節器可以減小振蕩周期和初始超調，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調節器綜合了上述幾種調節器的優點，能使控制系統獲得理想的調節性能。氣動組合儀表的PID調節器原理如圖4所示。 



 
在工業自動控制中PID調節器使用很廣泛，閱讀完本文，大家對氣動PID調節器實現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節器和傻瓜式模糊PID調節器，對豐富您過程控制相關知識大有好處。