上一次寫了模拟量的使用，模拟量傳感器想要用的好，還需要有PID算法的加持，有的朋友會疑問，為啥還要PID算法呢，比如想讓一個水箱一直保持恒定的水量，那麼測距傳感器檢測到水量低了那麼水泵就加水，水量夠了就不加水就行了呀！

那麼問題來了，你怎麼能把水加到正好呢？怎麼能讓水保持恒定值不變呢？水泵啟動一下，有可能水就加多了，這樣水泵會頻繁地啟動停止，當水在恒定值上下波動，那麼水泵就會因為啟動停止太頻繁發生震顫，這樣水泵加的水量是不精确的！再比如說需要保持恒定壓力的管道，傳感器檢測到壓力值不夠，就增加壓力，增加多少合适呢，這個是需要一個确定量的，不是說你增加一下壓力就可以，PID算法就是一個計算精度的一個公式，可以讓水量或者壓力或其它值最大可能保持恒定，精度達到最高！

這篇文章就詳細講解PID原理和PID程序功能塊的寫法，需要用到時候可以直接調用PID功能塊實現PID控制！

PID原理，下面這個原理圖當成3個部分看，很簡單，第一部分就是計算設定值和反饋值的誤差；第二部分把這個誤差參與PID計算，輸出給執行機構（例如水泵）；第三部分傳感器反饋值；核心就是第二部分，PID計算！

教科書裡的原理圖

我理解分成三部分

PID計算拆分開來就是P(比例控制)，I（積分控制），D（微分控制）;下面每個原理都講解下！

P（比例控制）怎麼理解呢，如果單獨隻用P（比例）控制，I（積分控制）和D（微分控制）關閉，那麼拿水箱舉例，水箱裡我想恒定水量為1000ml，傳感器檢測到水量為999ml，那麼設定值和反饋值的誤差為1ml，比例控制就是在這1ml前面加個系數，這個系數自己調節，因為正常思路是，少1ml水，我就讓水泵加1ml水就行，但是實際是，我讓水泵加1ml，實際可能加了2ml（無法精确的讓水泵出來1ml水），這個時候我就得調整比例系數，讓比例系數為0.5就行！

PID标準公式裡的Kp就是比例系數，ev(t)就是設定值減反饋值的偏差值，如下圖，如果隻有比例控制部分，那麼公式很簡單，就是u(t)=Kp*ev(t);

PID公式

I（積分控制）怎麼理解呢？學過微積分的都知道積分是啥意思，沒學過的或忘了的就顧名思義吧，（積）就是積木，累積的意思，拿水箱舉例，那就是水泵加很多次水的一個累積總和！

假如水箱裡我們設定恒定值是1000ml，水泵每次隻能調節到進水9.9ml；

如果水箱沒水，那麼水泵需要運行100次，一共進水990ml，誤差10ml；

理論上水泵如果每次能進水10ml，那麼就剛剛好到設定值，實際每次隻進水9.9ml，這個0.1ml，靠調整水泵很難達到這個精度，那麼我們就取100次進水的總和，再看誤差；

100次進水990ml，這個總誤差10ml就好補償了，通過調整I（積分控制）計算部分的系數TI就可以，把TI設為0.99即可！

如下圖的PID公式裡的積分控制部分！

PID公式

D（微分控制）怎麼理解呢？也就是微積分裡面的微分部分，顧名思義就是把水泵加水量細分到每一次；

比如水泵加水，每次想加10ml，但是如果水泵功率開到最大，1秒就加了10ml，水泵功率開小點需要10秒；

實際應用中，想1秒加10ml的誤差肯定比10秒加10ml的要大，就是說水泵慢慢往水箱加水，實際應用中精度會更高，加水過程更穩定。

通過下圖PID公式裡的微分控制計算部分的系數TD可以調節！

PID公式

P調節的是誤差值和水泵每次進水量成比例關系的調節，就是說水泵每次加水量是一定的，需要加多少次能接近誤差值，這個在PID調節中是第一個需要調的參數！

I調節的是P調節後還存在誤差的情況下的再次調節，靠調節累積誤差增加精度！

D調節的是穩定性，通過控制加水速度，減少滞後量或慣性帶來的誤差！

PID控制的原理就如上面所述，下面講一下PLC程序裡PID标準功能塊是怎麼寫的，用的ST語言，可以在支持ST的各種型号PLC裡使用，有興趣的可以詳細看看，對有精度要求的應用還是很有幫助的，對于之前不是很了解PID控制的朋友，我感覺對于模拟量使用，很多人隻無意間用到了P（比例控制）計算部分！

這個程序是上面的PID計算公式的程序實現，有些參數的命名或者公式的格式有變化，但是原理是一樣的，有興趣的仔細研究下，無興趣的直接使用就行！

調用功能塊

調用功能塊

PID公式的變形

變成程序可以實現的形式：同樣是包含比例系數，積分控制，微分控制三部分，沒有初始值設定；

程序裡使用的PID公式

輸入參數定義：

fSetpointValue:設定值；fActualValue:實際反饋值；bReset: TRUE重置内部變量；fCtrlCycleTime:采樣周期[s]；fKp:比例系數；fTn:積分作用時間[s]；fTv:微分作用時間[s]；

fTd:阻尼時間[s]；

功能塊展現：

聲明部分

程序邏輯部分

以上說的是PID應用的基本功能，還有基于這個原理的其它控制方法，有單獨使用的，有PI結合使用的，PD結合使用的，有帶死區的PID,固定采樣頻率的PID等等，看實際需要寫對應的程序！

PID參數調試靠的是經驗調節，就是不停的測試，找到一個需要的參數，有口訣如下：

常用口訣：

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）要放大；

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；

以上就是PID控制的大緻原理，想要深入應用還是需要各位朋友系統的去學習PID算法，理解這個原理希望對大家的深入學習有所幫助！

感覺有用的朋友關注我，我會給大家持續輸出實用工控的經驗！

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