很多自動化從業者，都知道什麼是PID控制，也可能經常在使用，但是對于其具體分析卻不是很清晰，今天詳細的給大家做一個講解，希望對大家有幫助，說的不對之處還希望大家指正，共同學習，共同進步！

随着科技的迅速發展，控制理論也經曆了從古典控制理論到現代控制理論，以及今天的智能控制理論三個階段的發展，目前自動化領域各種各樣的控制器，但是PID還是最基本也是應用最廣泛的控制器。

雖然PID控制器問世至今已有近70年曆史，但是它結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便，這也是它還作為經典控制器被廣泛使用的原因。

所以足矣可見其重要性，在很多高校，工科都會開設自動控制理論這門課程，并且裡面基本上都會講到PID調節器，總之一句話，PID調節很重要。

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首先對PID進行一個簡單介紹，PID是：比例、積分、微分的英文簡稱，英文縮寫為：PID（proportion、proportion、differentiation）

下面對于這三個調節器分别做一個分析:

我們都知道，比例調節器是控制系統的一個最基本的調節器，它也是最簡單的一個調節器，有點簡單粗暴的意味。因為隻要系統的輸出與輸入從在誤差，該誤差通過比例調節器以後，就會被放大，然後才能控制執行機構運動，進一步調節輸出，經過反饋以後，使得輸入輸出誤差進一步減小，所以比例調節器是最基本的調節器。

因為比例調節器的輸出與信号輸入、輸出信号反饋的誤差成比例，所以在僅有比例調節器的系統中肯定是存在穩态誤差（系統穩定以後系統輸入與輸出的信号差值）的。就是說在系統穩定以後輸入與輸出也永遠不相等。

Kp是比例調節器的調節參數，一般增大Kp會使調節作用增強，但是太大會使系統超調，導緻穩定性變差。

積分，顧名思義就是一個累加的過程，積分調節器的輸出是與輸入、輸出反饋的誤差的積分成正比關系，所以積分調節器的作用就是用來消除穩态誤差，這也是為什麼會在比例調節器中加入積分調節器的原因，因為比例調節器中肯定會存在穩态誤差，而積分調節器恰好可以消除穩态誤差。

積分是一個随着時間不斷增加的過程，也是就将系統輸入輸出誤差進行累加，所以，即使是很小的穩态誤差，隻要經過的時間較長，也會被積分調節器累加，放大。然後輸出去控制執行機構調節輸出，來減小穩态誤差，直至為零。

綜上，我們使用簡單的比例 積分（PI）調節器，即可以很好的實現一個穩定的系統沒有穩态誤差。PI調節器也是一個比較常用的組合。

微分，顧名思義就是一個求導的意思，所以微分控制器的輸出是與系統輸入信号、系統輸出信号的誤差的變化率成正比關系。

我們知道速度是位移的微分，我們在知道一個物體的速度的情況下，就可以預測出它在什麼時間能夠到達的位移。

同樣的道理，微分調節器也具有預測的功能，可以很好的預測誤差的變化趨勢，但是我們為什麼要對誤差的變化趨勢進行預測呢？

因為在我們實際系統中，所有控制器、還是執行器、都不是理想元器件，很多器件都是有較大的慣性或者滞後組件組成的（可以理解為反應有點遲鈍），這樣的器件會抑制系統的輸入輸出誤差的作用，這些元器件的輸出變化總是落後于系統誤差的變化，這樣就會系統出現振蕩甚至不穩定。

所以微分調節的作用就是加快系統的響應速度，對偏差的變化做出響應，按偏差量的趨勢進行調節，把系統偏差消滅在“萌芽”中。使系統穩定性增強。

所以比例 微分（PD）調節器，可以提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滞後的被控對象，比例 微分（PD）控制器能改善系統在調節過程中的動态特性。

通過上面的分析，我們已經知道，比例（P）調節器是不建議單獨使用的，一般會配合積分（I）調節器或者配合微分（D）調節器使用，才能夠保證系統穩定、可靠。但是在對于穩定性較高的系統中，我們會同時使用PID這三種調節器，因為他們可以發揮各自的優勢，确保系統能夠更加穩定與可靠。

我們會在對于被控對象的結構和參數不能夠完全掌握，當然這個時候肯定是得不到系統的精确數學模型的，其實實際中，确實很多系統是無法得到精确的數學模型，這個時候系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來确定，這時應用PID控制技術是好的，也是最方便的。

PID的參數調節是一個控制系統的核心，主要由兩種方法。

一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算确定控制器參數。這種方法一般可行性較差，原因上面已經講過了，實際系統的精确數學模型很難得到。

二是工程整定方法，該方法主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，這種方法簡單、易于掌握，也是在工程實際中采用最廣泛的一種方法。工程整定方法主要有三種：臨界 比例法、反應曲線法和衰減法。具體有時間展開說明。

參數整定找最佳，從小到大順序查

先是比例後積分，最後再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放ID

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回複慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高後低4比1

一看二調多分析，調節質量不會低

工業中常用的控制系統PID參數表

對于溫度系統：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3

對于流量系統：P（%）40--100，I（分）0.1--1

對于壓力系統：P（%）30--70，I（分）0.4--3

對于液位系統：P（%）20--80，I（分）1--5

End

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