导图社区 PID控制
PID控制是工业控制中应用最为广泛的一种控制方法，通过对系统的输入值与输出值之间的偏差做比例、积分、微分运算来纠正偏差，实现期望信号的输出。
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PID控制
概念
原理
通过对系统输出值与输入值的偏差做比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Differential)运算来纠正偏差，实现期望信号的输出
适用条件
适用于线性（可叠加）定常（动态特性不随时间变化）系统
公式
u(t)为PID控制器输出，Kp、Ki、Kd分别为比例增益、积分增益和微分增益系数
传递函数形式
优点
原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数选定比较简单
比例（P）控制
控制当前误差
描述
偏差一旦产生，立即产生控制作用以减小偏差。比例控制器的输出u(t)与输入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，从而减小偏差，但不能消除静差（稳态误差）
静差：系统控制过程趋于稳定时，给定值与输出量的实测值之差
原因：偏差存在，才能使控制器维持一定的控制量输出，因此比例控制器必然存在着静差。
影响因素
偏差e(t)
偏差越大，比例控制项（调整量）越大
比例增益系数Kp
比例增益系数Kp越小，控制作用越小，系统响应越慢
注意点
Kp过大会使系统产生较大的超调和振荡，导致系统的稳定性能变差
期望结果
选取合适的Kp，使系统的静差控制在允许的范围内，同时又具有较快的响应速度
积分(I)控制
控制过去的误差
调整量为过去一段时间的误差和乘以积分增益系数，主要用于消除静差提高系统的无差度
只要系统存在着偏差，积分环节就会不断起作用，对输入偏差进行积分，使控制器的输出及执行器的开度不断变化，产生控制作用以减小偏差
积分增益系数Ki
积分时间常数Ti越小，Ki越大，积分速度越快，积分作用越强
偏差的大小
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡
积分控制作用会降低系统的响应速度，特别是对于具有较大惯性（质量）的被控对象
微分(D)控制
控制将来的误差、超前控制、防患于未然
对误差的变化率做出反应，在偏差刚出现或变化的瞬间，根据偏差量的变化趋势（速度）提前给出较大的控制作用
误差的变化率
与误差的大小以及是否存在误差无关
误差变化越快，控制作用越强
微分增益系数Kd
1. 微分增益系数过大会使系统不稳定
2. 引入微分控制后，控制器的输出信号初始值会发生突变，而且会放大高频噪声，导致信号发生较大的波动
使用微分控制时需小心谨慎
3. 不能消除余差
4. 对于恒定偏差输入时，没有控制作用
特点
动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后时的控制品质
比例积分(PI)控制
地位
应用最为广泛，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统
控制方式
比例控制作用迅速及时，但不能消除静差
积分控制能消除静差，但控制不及时，控制作用落后于偏差的变化
取长补短
比例微分(PD)控制
比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。
最为理想的控制器
比例作用及时迅速
积分作用消除静差
微分作用超前控制
集三者之长
控制过程
1. 当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变
2. 比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小（由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定）
3. 积分作用慢慢把余差消除
参数手动整定步骤
1. 为保证系统安全，先设置比较保守的Kp和Ki参数，Kp不能过大，Ki不能过小
2. 关注输出信号波形的超调量和调节时间
1||| 超调量太大，经过多次振荡才能稳定或者根本不稳定
减小Kp、增大Ki
2||| 响应没有超调量，被控量上升过于缓慢
增大Kp、减小Ki
3. 反复调节比例系数和积分时间，如果超调量仍然较大，可以加入微分控制，微分时间从0逐渐增大
4. 反复调节控制器的比例、积分和微分部分的参数
