基地式仪表是将测量、显示、控制和执行几都分组合设计成一个整体装置。由于仪表直接安装于被控的生产设备附近，故称为基地式或现场型仪表。基地式仪表的所有部件都装在一个机壳里，具有结构简单、动作可靠、价格便宜、运行稳定、维修方便、安全防爆等优I。一般情况下，用一台气动调节器与一个气动调节阀配合使用，就可解决简单调节系统的检测、指示、控制和报警全部问题。本文重点介绍气动调节器实现PID控制的基本原理。

1、气动调节器比例(P)控制规律的实现
一个假想的气动比例调节器原理如图1所示。误差的检测由波纹管A和B来实现，测量值或设定值的任何变化都将导致挡板的移动，经喷嘴挡板机构放大后，至功率放大器再进行功率放大，其输出P0又经反馈波纹管E和驱动杆F作用于挡板，最后使调节器输出P0稳定在某一值，并实现与测量值和设定值之差成比例。气动调节器的比例增益可通过改变增益调整球的上下位置进行整定，气动调节器的输出零点可通过调零弹簧进行调整，气动调节器正作用、反作用可通过改变测量信号和设定值信号输入波纹管A和B的方法来实现。在图中，测量信号进入波纹管B，设定信号进入波纹管A，气动调节器是正作用如果改为测量信号进入A，设定信号进入B，则变为反作用。
 
2、气动调节器比例积分(PI)控制规律的实现
比例控制的主要问题是存在静差。为了减少或消除静差，可以采用高增益比例控制器或开关式调节器，但会引起系统的振荡。为了实现稳定控制，同时实现无静差，可以把图1所示的比例调节器变为图2所示的PI调节器。对图1和图2进行比较可知，两者的区别只是比例控制器的调零弹簧被波纹管H和针阀I所代替。如果图2中的针阀I在波纹管H为某一固定压力时被关闭，则波纹管H的作用就相当于图1的调零弹簧。这时PI调节器就相当于P调节器。如果针阀I全开，波纹管E和H之间的作用力相平衡，这就等于没有负反馈作用，控制器就成为开关调节器。如果针阀I处于全关或全开之间的某一位置，则在测量值与设定值有一偏差时，调节器一方面由喷嘴挡板机构、功率放大器及波纹管E等实现比例控制作用，另一方面又通过针阀I和波纹管H实现积分控制作用。显然，这种PI调节器的特点是开始是比例控制，因为有负反馈，故使比例增益较小；后来是积分作用，由波纹管H来实现，因为是正反馈使控制器比例增益增大，其增大的数值是流入波纹管H或从波纹管H流出的流量之函数。因此，这种调节器能实现初始响应的低增益，然后增大增益以克服静差的问题，即完成低、高增益两种功能作用。 
 
 

3、气动调节器比例微分(PD)控制规律的实现
控制系统的基本目标是提高稳定性，减少衰减振荡周期和初始超调，减少或消除静差。积分作用虽然能消除静差，但不能解决振荡周期和初始超调的问题。实际上，有了积分作用，振荡周期和初始超调反而增加。为了减少振荡周期和初始超调，调节器应在初始响应时是高增益，然后是减少增益。这一现象与积分作用是相矛盾的，而PD调节器可实现上述目的。PD调节器原理如图3所示。 
 
 

图3中，PD调节器与图1所示的P调节器基本上是相同的，在波纹管E的反馈回路加入一针阀D，如果针阀D在波纹管E为某一固定压力时关闭，则比例反馈作用就消失，调节器就成为开关控制器；如果针阀D全开，则调节器就是比例调节器。如果针阀D在全开和全关之间的某一开度，即在测量值与设定值之间有一偏差时，由于比例负反馈作用(波纹管E的压力变化)受到抑制，故开始时的比例增益比较大，然后逐渐增大比例负反馈作用，使比例增益减少。因此，PD调节器可实现减少振荡周期和初始超调的控制功能，也能减少静差，但不能消除静差。

4、气动调节器比例积分微分(PID)控制规律的实现
开关控制器具有结构简单、可维护性好、成本低等优点，而且能够实现减小静差或无静差控制，但是开关控制器会使控制系统产生振荡。如果采用适当増益的比例调节器，虽然能减小系统振荡，但又会使控制系统产生静差。而采用PI调节器虽然可以消除静差，但又增加了振荡周期和初始超调；PD调节器可以减小振荡周期和初始超调，但不能消除静差。把比例、积分和微分3种作用组合起来的PID调节器综合了上述几种调节器的优点，能使控制系统获得理想的调节性能。气动组合仪表的PID调节器原理如图4所示。 
 
 


在工业自动控制中PID调节器使用很广泛，阅读完本文，大家对气动PID调节器实现PID控制的原理有所了解，有必要进一步了解技术更先进的人工智能调节器和傻瓜式模糊PID调节器，对丰富您过程控制相关知识大有好处。