常常看到有關PID的問題，但看來看去都看不懂他們在說什麼。可能還有一些技術員一提起PID調節就搖頭，搞不來呀，不是很懂啊！那麼PID調節的實質是什麼？通俗的概念是什麼？我們通過下圖分析分析。

一個自動控制系統可以很好地完成任務，首先得工作穩定，同時還必須滿足調節過程的質量指标要求。即：系統的響應快慢、穩定性、最大偏差等。很明顯，自動控制系統希望在穩定工作狀态下，具有較高的控制質量，而我們則希望持續時間短、超調量小、擺動次數少。為了保證系統的精度，就要求系統有很高的放大系數，然而放大系數一高，又會造成系統不穩定，甚至系統産生振蕩。反之，隻考慮調節過程的穩定性，又無法滿足精度要求。因此，在調節過程中，系統穩定性與精度之間産生了矛盾。

如何解決這個矛盾？可以根據控制系統設計要求和實際情況，在控制系統中插入“校正網絡”，矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網絡”，有很多方法完成，其中就有PID方法。

簡單的講，PID“校正網絡”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說明問題，這裡簡單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。

微分：從電學原理我們知道當脈沖信号通過RC電路時（圖2），電容兩端電壓不能突變，電流超前電壓90°，輸入電壓通過電阻R向電容充電，電流在t1時刻瞬間達到最大值，電阻兩端電壓Usc此刻也達到最大值。随着電容兩端電壓不斷升高，充電電流逐漸減小，電阻兩端電壓Usc也逐漸降低，最後為0，形成一個鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路，由于它對階躍輸入信号前沿“反應”激烈，其性質有加速作用。

積分：當脈沖信号出現時（圖3），通過電阻R向電容充電，電容兩端電壓不能突變，電流在t1時刻瞬間達到最大值，電阻兩端電壓此刻也達到最大值。電容兩端電壓Usc随着時間t不斷升高，充電電流逐漸減小，最後為0，電容兩端電壓Usc也達到最大值，形成一個對數曲線。這種電路稱為積分電路，由于它對階躍輸入信号前沿“反應”遲緩，其性質是“阻尼”緩沖作用。

當插入校正網絡時：
我們首先讨論自動控制系統引入比例積分PI的情況（圖4）。曲線PI（1）對階躍信号的響應特性曲線，當t=0時，PI的輸出電壓很小，當t>0時（由比例系數決定），輸出電壓按積分特性線性上升，系統放大系數Ue線性增大。就是說，當系統輸入端出現大的誤差時，控制輸出電壓不會立即變得很大，而是随着時間的推移和系統誤差不斷地減小，PI的輸出電壓不斷增加，即系統放大系數Ue不斷線性增大。我們稱這種特性為系統阻尼；決定阻尼系數因素是PI比例系數和積分時間常數。要不斷提高控制系統的質量，就要不斷改變PI比例系數和積分時間常數。

再讨論控制系統引入比例微分PD的情況（圖4）。曲線PD（2）對輸入信号的響應特性曲線，當t=0時，PD使系統放大系數Ue驟增。就是說，當系統輸入端出現誤差時，控制輸出電壓會立即變大。我們稱這種特性為加速作用。可以看出，過強的微分信号會使控制系統不穩定。所以在使用中，必須認真調節PD比例系數和微分時間常數。

為妥善解決系統穩定性與精度之間的矛盾，往往将比例積分PI與比例微分PD組合使用，形成“校正網絡”，也稱PID調節。PID調節特性曲線PID（3）（圖4），是PI、PD特性曲線合成的。适當的調節PI、PD上述各系數，就能保證控制系統即快又穩的工作。

由此我們不難知道PID調節器實際是一個放大系數可自動調節的放大器，動态時，放大系數較低，是為了防止系統出現超調與振蕩。靜态時，放大系數較高，可以蒱捉到小誤差信号，提高控制精度。不知大家還有什麼别的見解呢？歡迎大家收藏評論轉發~

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