下面将常用的各种控制规律的控制特点简单归纳一下：
1、比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如：金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制；油泵房中间油罐油位控制等。
2、比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如：在主线窑头重油换向室中F1401到F1419号枪的重油流量控制系统；油泵房供油管流量控制系统；退火窑各区温度调节系统等。
3、比例微分控制规律(PD)：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如：加热型温度控制、成分控制。需要说明一点，对于那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。如：大窑玻璃液位的控制。
4、比例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。
鉴于D规律的作用，我们还必须了解时间滞后的概念，时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括：测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡，如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对与测量滞后的，在工业上，大多的纯滞后是由于物料传输所致，如：大窑玻璃液位，在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。
总之，控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取，决不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能，不分场合都采用是不明智的。如果这样做，只会给其它工
作增加复杂性，并给参数整定带来困难。当采用PID控制器还达不到工艺要求，则需要考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。
5，公式：
8，pid算法流程图：
对于学控制的人都知道，Matlab 在全数字仿真领域占尽了风头，不但功能强大，其simu link 工具使用图形的方式既直观又方便，但是它在实际的数字控制中却无能为力，因为它运算速度太慢，做一次for 循环所用的时间是 c 语言的好多倍，而VC++ 在效率方面很有优势，因为他使用可以是 c 语言，它和windows 操作系统很接近，许多AP I 函数都是以 c 语言的形式提供的，因为它与操作系统很好的结合，所以其效率和实时性都比较高。
下面主要讲下PID 控制的数字算法的伪代码
const double dTimeInterval =0.001;//采样间隔为0.001秒
//PID参数，实际使用时根据系统调试
double Kp =2.5;
double Ki =5.0;
double Kd = 1.2;
void CALLBACK PIDControl(UINT uID,UINT uMsg,DWORD dwUser,DWORD dw1,DWORD dw2)
{
static double dValue[3];
static double dOldError;
double dOutSignal; //PID控制的输出
double dError;
double dDemandSignal = GetDemandSignal();//输入值
double dFeedbackSignal = GetFeedbackSignal();//反馈值
dError = dDemandSignal – dFeedbackSignal;//偏差
dValue[0]=Kp* dError;比例
dValue[1]= dValue[1]+Ki* dError*dTimeInterval;//积分
dValue[2]=Kd * (dError-dOldError)/ dTimeInterval;//微分dOutSignal = dValue[0]+ dValue[1]+ dValue[2];//输出值
SendControlSignal(dOutSignal);//这个函数是把控制量输出到D/A,然后传送到以后的环节进行控制
}
以上的代码是一个定时中断处理函数，每1ms执行一次控制，因此必须要有一个定时器来控制上面所写的代码的执行，定时间隔不同，dT imeInterv al也不同。对于windows系统，可以用tim eSetEv ent()函数来注册一个定时中断处理函数，最小的定时间隔可以达到1ms，在一般的控制系统中能满足要求。
4. PID试验结果
采样周期：Ts=0.002; 设定值：Setpoint=100;
1)当只有P控制器时，响应速度快，波形会出现一定的振荡。
Kp=0.8; //比例增益
Ti=0.0; //积分时间
Td=0.0; //微分时间
2)适当调节积分时间Ti后波形如下：
Kp=6; //比例增益
Ti=0.001; //积分时间
Td=0.0; //微分时间
增加了积分调节后波形变的平滑了
3）最后增加微分调节，以提高动态性能。
Kp=30; //比例增益
Ti=0.0005; //积分时间
Td=0.004; //微分时间
由以上分析知，经过PID综合调节后达到稳定的时间提前了，响
应速度快，静态误差变小了，抗干扰能力大大增强。
《面向对象的Visual C++程序设计》
课程设计报告
学号：
姓名：
专业年级：
河南大学物理与电子学院
测控技术与仪器教研室
PID控制器的面向对象方法实现
1. 面向对象的程序设计方法
面对对象编程（Object-oriented Programming,OOP）
C++是由AT&T Bell（贝尔）实验室的Bjarne Stroustrup 博士及其同事与20世纪80年代在C语言的基础上开发成功的。Ｃ＋＋保留了Ｃ语言原有的所有优点，增加了面向对象的机制。
出发点是为了能更直接的描述客观世界中存在的事物（即对象），以及它们之间的关系。面对对象编程语言将客观事物看作具有属性和行为的对象，通过抽象找出同一类对象的共同属性（静态特性）和行为（动态特性）形成类。通过类的继承与多态可以很方便的实现代码的重用。
抽象
抽象是忽略与与所处理问题无关或非本质的信息，以充分的注意与当前目标有关的特征。封装性，类，对象：将数据及对数据的操作方法放在一起，作为一个相互依存、不可分割的整体——对象。对同类型的对象抽象出其共性，形成类。
继承性
基类，派生类：继承是一种连接类的层次模型，提供了一种表述共性的方法。新的类可以从现有的类中派生，派生的类可以继承现有类的属性和操作，也可以修改和增加新的操作。
多态性
重载，动态联编：类中具有相似功能的不同函数使用同一个名字来使用，允许不同类的对象对同一个消息作出不同的响应。允许派生类的的对象当作基类的来使用。多态性提高了代码的重用性和可扩展性。
2. PID基本原理
PID代表Proportonal-Integral-Differential，即比例积分微分，指的是一项流行的线性控制策略。
P控制器实质上是一个可调增益的放大器。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
I控制器可以提高系统的性别（无差度），I应发生在系统频率特性的低频段以提高系统的稳态性能。
D能反应输入信号的变化趋势，产生早期的修正信号，增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定性。应使D发生在频率特性的中频段，以改善系统的动态性能。
3. C++实现PID的程序设计
PID控制器程序流程图：
4. PID试验结果
采样周期：Ts=0.002; 设定值：Setpoint=100;
1)当只有P控制器时，响应速度快，波形会出现一定的振荡。
Kp=0.8; //比例增益
Ti=0.0; //积分时间
Td=0.0; //微分时间
2)适当调节积分时间Ti后波形如下：
Kp=6; //比例增益
Ti=0.001; //积分时间
Td=0.0; //微分时间
增加了积分调节后波形变的平滑了
3）最后增加微分调节，以提高动态性能。 Kp=30; //比例增益
Ti=0.0005; //积分时间
Td=0.004; //微分时间
由以上分析知，经过PID综合调节后达到稳定的时间提前了，响应速度快，静态误差变小了，抗干扰能力大大增强。
5. 总结
通过这次课程设计让我巩固了所学的知识，学以致用，对所学的课程有了更深一步的认识。不仅练习了本门课程C++高级语言，而且理解了PID控制的原理和掌握了其是如何实现的。
参考文献
[1]Stanley B.Lippman, Josee Lajoie, Barbara E.Moo著．李诗贤等译.C++ Primer中文版,第四
版．北京：人民邮电出版社，2006.3．
[2] 张福祥，面对对象程序设计基础．北京：高等教育出版社,2004.12．
[3] 胡寿松，自动控制原理简明教程。北京：科学出版社，2008
[4] 百度文库，https://www.doczj.com/doc/9e13833395.html,/view/6a84c522bcd126fff7050b0e.html?from=ec&pos= 3&weight=4&lastweight=3&count=5
附录
PID部分源代码：
//_________头文件pid.h 实现类的定义_________________________
class PID
{
public:
double Ts,Kp,Ti,Td,Setpoint;
double ek,ek_1,ek_2;
PID();
PID (double ts,double kp,double ti,double td,double setpoint);
double pid_out (double pid_in);
~PID (){} //析构函数
};
/****************************************************************
主文件pid.cpp主要实现：
*对PID类的成员变量初始化（构造函数重载）
*PID::PID()
*PID::PID(double ts,double kp,double ti,double td,double setpoint)
*成员函数函数double PID::pid_out(double pid_in) //增量式 PID
****************************************************************/
#include "pid.h"
//-------无参的---------------------------------------
PID::PID()
{
Ts=0.002; //采样周期
Kp=30; //比例增益
Ti=0.0005; //积分时间
Td=0.004; //微分时间
Setpoint=100; //设置位置
ek=0; //当前偏差
ek_1=0; //上次偏差
ek_2=0; //前次偏差
}
//-------有参的----------------------------------------------
PID::PID(double ts,double kp,double ti,double td,double setpoint)
{
Ts=ts;
Kp=kp;
Ti=ti;
Td=td;
Setpoint=setpoint;
ek=0;
ek_1=0;
ek_2=0;
}
//-----------PID 主成员函数---------------------------------
double PID::pid_out(double pid_in) //增量式 PID
{
ek=Setpoint-pid_in; //当前偏差=设定的值 - PID输入值（反馈值）double PidOut; //PID调节后输出
PidOut=Kp*(Ts/Ti+Td/Ts)*ek-Kp*(1+2*Td/Ts)*ek_1+Kp*Td/Ts*ek_2;
//PID主要
ek_2=ek_1; //更新：把“现在”的赋值给“上次”
ek_1=ek; //更新：把“上次”的赋值给“前次”
return (double)PidOut; //返回PID调节后值，进行输出
}