PID控制

5、PID控制器的参数整定
PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被 控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是 依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主 要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应 曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需 要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡， 记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。
3、阶跃响应
阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字 来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控 制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
1、开环控制系统
开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。

pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种常见的控制系统，它通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的控制。

在工业自动化等领域，PID控制被广泛应用，本文将详细介绍PID控制的原理，并通过实例说明其应用。

1. PID控制原理。

PID控制器是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成的控制器。

比例部分的作用是根据偏差的大小来调节控制量，积分部分的作用是根据偏差的累积值来调节控制量，微分部分的作用是根据偏差的变化率来调节控制量。

PID控制器的输出可以表示为：\[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_{0}^{t} e(\tau) d\tau + K_d \frac{de(t)}{dt} \]其中，\(u(t)\)为控制量，\(e(t)\)为偏差，\(K_p\)、\(K_i\)、\(K_d\)分别为比例、积分、微分系数。

比例控制项主要用来减小静差，积分控制项主要用来消除稳态误差，微分控制项主要用来改善系统的动态性能。

通过合理地调节这三个参数，可以实现对系统的精确控制。

2. PID控制实例说明。

为了更好地理解PID控制的原理，我们以温度控制系统为例进行说明。

假设有一个加热器和一个温度传感器组成的温度控制系统，我们希望通过PID 控制器来控制加热器的功率，使得系统的温度稳定在设定的目标温度。

首先，我们需要对系统进行建模，得到系统的传递函数。

然后，根据系统的动态特性和稳态特性来确定PID控制器的参数。

接下来，我们可以通过实验来调节PID控制器的参数，使系统的实际响应与期望的响应尽可能接近。

在实际应用中，我们可以通过调节比例、积分、微分参数来实现对系统的精确控制。

比如，增大比例参数可以加快系统的响应速度，增大积分参数可以减小稳态误差，增大微分参数可以改善系统的动态性能。

通过不断地调节PID控制器的参数，我们可以使系统的温度稳定在设定的目标温度，从而实现对温度的精确控制。

总结。

通过本文的介绍，我们可以了解到PID控制的原理及其在实际系统中的应用。

pid控制原理详解及实例说明PID控制是一种经典的控制算法，适用于很多控制系统中。

它通过对误差进行反馈调整，以实现系统稳定和快速响应的目标。

PID控制包含三个部分，即比例（Proportional）、积分（Integral）和微分（Derivative）控制。

比例控制（P）是根据误差的大小来调整控制输出的大小。

当误差较大时，控制输出也会相应增加；而当误差较小时，控制输出减小。

比例系数Kp用于调节比例作用的强弱。

积分控制（I）是根据误差的累积值来调整控制输出的大小。

它主要用于消除稳态误差。

积分系数Ki用于调节积分作用的强弱。

微分控制（D）是根据误差的变化率来调整控制输出的大小。

它主要用于快速响应系统的变化。

微分系数Kd用于调节微分作用的强弱。

PID控制的输出值计算公式为：Output = Kp * Error + Ki * Integral(Error) + Kd * Derivative(Error)下面举一个温度控制的例子来解释PID控制的应用。

假设有一个温度控制系统，希望将温度维持在设定值Tset。

系统中有一个可以控制加热器功率的变量，设为u。

温度传感器可以实时测量当前温度T，误差为Error = Tset - T。

比例控制（P）：根据误差值来调整加热器功率，公式为u =Kp * Error。

当温度偏低时，加热器功率增加；当温度偏高时，加热器功率减小。

积分控制（I）：根据误差的累积值来调整加热器功率，公式为u = Ki * ∫(Error)。

当温度持续偏离设定值时，积分控制会逐渐累积误差，并调整加热器功率，以消除误差。

微分控制（D）：根据误差的变化率来调整加热器功率，公式为u = Kd * d(Error)/dt。

当温度变化率较大时，微分控制会对加热器功率进行快速调整，以避免温度过冲。

这样，通过比例、积分和微分控制的组合，可以实现温度控制系统对设定温度的稳定和快速响应。

总结起来，PID控制通过比例、积分和微分控制，根据误差的大小、累积值和变化率来调整控制输出，使系统能够稳定地达到设定目标。

PID控制简述尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。

这几种控制规律可以单独使用，但更多场合是组合使用。

如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。

1. 比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。

实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。

对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。

单纯的比例控制适用扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许一定余差存在的场合。

工业生产中比例控制使用较为普遍。

2. 比例积分（PI）控制比例控制是最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。

只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。

但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。

克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。

积分控制的输出与输入偏差对时间的积分成正比。

这里的“积分”指的是“积累”的意思。

积分控制器的输出不仅与输入偏差大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。

只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。

所以，积分控制可以消除余差。

积分控制又称无差控制。

积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。

积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。

积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。

因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。

这种算法可以避免控制量长时间停留在饱 和区。
1.2.5 梯形积分PID控制算法
在PID控制律中积分项的作用是消除余差， 为了减小余差，应提高积分项的运算精度， 为此，可将矩形积分改为梯形积分。
梯形积t分的计算k 公e(i式) 为e(i：1)
e(t)dt
T
0
i0
2
1.2.6 变速积分算法
变速积分的基本思想是，设法改变积分项 的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏 差越大，积分越慢；反之则越快，有利于 提高系统品质。
1.3.2 衰减曲线法
将PID控制器，置于纯比例控制作用下（即：积分系数Ti= ∞ 、 微分系数Td =0），用阶跃信号作为输入信号，然后从大到小 逐渐改变比例系数Kp ，直到使系统输出产生1/4的幅值衰减 过程，如下图所示。令此时的比例系数为K2，相邻两个波峰 （幅值相差4倍）间的时间间隔为T2，
1.1 PID控制原理
闭环控制系统原理框图
图中所示为控制系统的一般形式。被控量y(t)的检测值c(t)与给定值r(t) 进行比较，形成偏差值e(t)，控制器以e(t)为输入，按一定的控制规律 形成控制量u(t)，通过u(t)对被控对象进行控制，最终使得被控量y(t) 运行在与给定值r(t) 对应的某个非电量值上。
1.2.3 积分分离PID控制算法
具体实现的步骤是： 1、根据实际情况，人为设定阈值ε＞0； 2、当∣e (k)∣＞ε时，采用PD控制，可避免产生 过大的超调，又使系统有较快的响应； 3、当∣e (k)∣≤ε时，采用PID控制，以保证系统 的控制精度。
1.2.3 积分分离PID控制算法
积分分离控制算法可表示为： k u(k) kpe(k) ki e( j)T kd (e(k) e(k 1)) / T j0

PID控制原理与调整方法1. 比例控制（Proportional control，P）：比例控制根据实际值与设定值之间的偏差来调整输出信号。

当偏差增大时，输出信号也增大，从而加速系统的响应。

2. 积分控制（Integral control，I）：积分控制通过积分实际值与设定值之间的偏差来调整输出信号。

积分控制可以消除稳态误差，并提高系统的稳定性。

3. 微分控制（Derivative control，D）：微分控制通过对实际值与设定值之间的变化率进行微分来调整输出信号。

微分控制可以减少系统的震荡，并提高系统的响应速度。

1.初始调整：初始调整是指在系统初始运行时，根据经验或者试验来设置PID控制器的参数。

可以根据系统的响应速度和稳定性来逐步调整比例、积分和微分参数，使得系统达到最佳的控制效果。

2. Ziegler–Nichols调整方法：Ziegler–Nichols调整方法是一种经典的PID调整方法。

可以通过系统的阶跃响应曲线来确定控制器的参数。

根据曲线的形状，可以通过试验来确定比例、积分和微分参数的适当值。

3.优化方法：优化方法是根据系统的模型和目标函数来确定PID控制器的参数。

可以使用数学模型和优化算法来寻找最佳的参数组合，以使系统达到最佳的控制效果。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法等。

4.自适应控制：自适应控制是根据系统的动态特性和响应来自动调整PID控制器的参数。

可以根据系统的实时数据来自动调整比例、积分和微分参数，以适应系统的变化。

在实际应用中，PID控制常常需要根据具体的系统和要求来进行调整。

通过不断地试验和优化，可以找到最佳的PID参数组合，以实现系统的稳定控制和优化性能。

PID控制详解一、PID控制简介PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，它实际上是一种算法。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。

PID调节器的适用范围：PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。

均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。

PID控制的不足1. 在实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定，难以建立精确的数学模型，常规的PID控制器不能达到理想的控制效果；2. 在实际生产现场中，由于受到参数整定方法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、效果欠佳，对运行工况的适应能力很差。

二、PID控制器各校正环节任何闭环控制系统的首要任务是要稳（稳定）、快（快速）、准（准确）的响应命令。

PID调整的主要工作就是如何实现这一任务。

增大比例系数P将加快系统的响应，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，过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。

最优控制旨在寻找一种最优的控制策 略，使得系统性能达到最优。与PID 控制相比，最优控制具有更高的性能 指标和更好的全局优化能力。然而， 最优控制的实现需要精确的数学模型 和大量的计算资源，且对系统参数变 化较为敏感。
05
PID控制算法的应用实例
工业自动化领域的应用
要点一
温度控制
在工业生产过程中，PID控制算法被 广泛应用于温度控制系统中，如熔炼 炉、热处理炉等设备的温度控制。通 过实时采集温度数据，与设定值进行 比较，PID控制器能够自动调节加热 元件的功率，使温度稳定在设定值附 近。
该传递函数描述了PID控制器在频域中的特性，可用于分析系统的稳定性、动态性能和 稳态精度等。
通过调整Kp、Ki和Kd三个参数，可以实现对系统性能的优化。在实际应用中，常采用 试凑法、经验法或优化算法等方法来确定PID参数。
03
PID控制算法的参数整定
参数整定的意义
提高系统性能
通过调整PID控制器的参数，可以优化系统 的动态响应和稳态精度，从而提高系统的整 体性能。
适应不同应用场景
不同的被控对象和不同的应用场景需要不同的PID 参数配置，参数整定可以使PID控制器适应各种应 用场景。
保证系统稳定性
合理的参数配置可以保证系统的稳定性，避 免系统出现振荡或失控等不稳定现象。
参数整定的方法
试凑法
根据经验或实验数据，逐步调整 PID控制器的参数，观察系统的响 应情况，直到满足性能指标要求 。
PID控制算法由比例（P）、积分（I） 和微分（D）三个部分组成，每个部 分都有不同的作用，通过调整三个部 分的参数可以实现对系统的精确控制 。
PID控制算法的应用领域
01
02
03

PID控制原理与调整方法1.比例控制（P控制）：比例控制是根据误差的大小来进行调整。

当误差大时，输出信号也会相应地增大，以加大控制作用力度；当误差小于设定值时，输出信号也会适当减小。

比例控制的目的是使输出与设定值之间的误差尽量减小。

2.积分控制（I控制）：积分控制是根据误差的累积量来进行调整。

当误差积累到一定程度时，输出信号会相应地增加或减小，以加速误差的消除过程。

积分控制的目的是缩小偏差，使系统达到更快的稳定状态。

3.微分控制（D控制）：微分控制是根据误差的变化率来进行调整。

当误差的变化率较大时，输出信号也会相应地调整，以实现更迅速的响应。

微分控制的目的是提高系统的稳定性和抗干扰能力。

根据实际控制需求，可以根据被控对象的性质和特点来调整PID控制参数。

以下是几种常用的PID参数调整方法：1.经验调参法：根据经验和实际控制经验，手动调整PID控制参数，逐渐找到使系统达到稳定且性能良好的参数组合。

这种方法简单直观，但需要丰富的实际经验和耐心。

2.理论分析法：根据被控对象的数学模型和系统性能指标的要求，通过理论分析方法来计算合适的PID参数。

这种方法需要深入理解被控对象的特性和控制原理，并具备一定的数学和控制理论基础。

3. 自整定方法：使用自整定算法来在线调整PID控制参数。

自整定方法有多种，如Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等。

这些方法均基于试控制行为和系统频率响应参数的分析计算，通过不断试控过程的反馈信息来调整PID参数。

4.优化算法：使用优化算法来寻找最佳的PID参数组合。

优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。

这些算法通过不断迭代运算来参数空间中的最优解，以实现系统稳定性和性能的最佳平衡。

需要注意的是，PID参数的调整是一个较为复杂的过程，需要在实际应用中不断试验和调整，根据实际情况进行优化。

此外，不同的被控对象和控制要求可能需要不同的PID参数组合，因此在实际应用中需要灵活调整和适当的参数修正。

PID控制原理和特点工程实际中，应用最为广泛调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一。

当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能有效测量手段来获系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是系统误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。

1、比例控制（P）：比例控制是最常用的控制手段之一，比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数e(t) = SP – y(t)-u(t) = e(t)*PSP——设定值e(t)——误差值y(t)——反馈值u(t)——输出值P——比例系数滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为有滞后性。

也就是如果设定温度是200度，当采用比例方式控制时，如果P选择比较大，则会出现当温度达到200度输出为0后，温度仍然会止不住的向上爬升，比方说升至230度，当温度超过200度太多后又开始回落，尽管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升，比方说降至170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。

如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制2、比例积分控制（PI）：积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进，它常与比例一块进行控制，也就是PI控制。

其公式有很多种，但大多差别不大，标准公式如下：u(t) = Kp*e(t) + Ki∑e(t) +u0u(t)——输出Kp——比例放大系数Ki——积分放大系数e(t)——误差u0——控制量基准值（基础偏差）大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越来越大，最终达到消除静态误差的目的PI两个结合使用的情况下，我们的调整方式如下：1、先将I值设为0，将P值放至比较大，当出现稳定振荡时，我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止（术语叫临界振荡状态），在有些情况下，我们还可以在些P值的基础上再加大一点。

•图3-6 PID调节器对阶跃响应特性曲线
e(t) t
0
y∞
KP KD e(t) 0
KP e(t)
KP K1 e(t) t
图3-6 PID调节器调节特性曲线
PID调节规律的特点
PID调节器在阶跃信号作用下，首先是比例， 微分调节，使其调节作用加强，然后再进行 积分调节，最后消除静差为止。
PID调节器无论从静差，还是动态特性的角度 看，调节品质均得到了改善，应用最为广泛。
• 2）对于一阶惯性与纯滞后环节串联的对 象，负荷变化不大，要求控制精度较高， 可采用比例积分控制，例如，用于压力， 流量，液位的控制。
• 3）对于纯滞后时间较大，负荷变化也较 大，控制性能要求高的场合，可采用比 例积分微分控制，如：用于过热蒸汽温 度控制，PH值控制。
• 4）当对象为高阶（二阶以上）惯性环节 又有纯滞后特性，负荷变化较大，控制 性能要求也高时，应采用串级控制，前 馈—反馈，前馈—串级或纯滞后补偿控 制。例如：用于原料气出口温度的串级 控制。
（1）采样周期应比对象的时间常数小得 多，否则采样信息无法反映瞬间变化过 程。采样频率应大于信号变化的频率。 按香农采样定理，为了不失真地复现信 号的变化，采样频率至少应为有用信号 最高频率的2倍，实际常选用4—10倍。
（2）采样周期的选择应注意系统主要干扰的 频谱，特别是工业电网的干扰。一般希望它 们有整倍数的关系，这对抑制在测量中出现 的干扰和进行计算机数字滤波大为有益。
中一种重要的控制方法。 2、PID控制实现的方式 模拟方式：用电子电路调节器，在调节器中，将被
测信号与给定值比较，然后把比较出的差值经PID电路 运算后送到执行机构，改变给进量，达到调节之目的。
数字方式：用计算机进行PID运算，将计算结果转 换成模拟量，输出去控制执行机构。

PID控制详细介绍PID控制是一种常用的反馈控制算法，常用于工业过程控制系统中。

PID控制是根据被控对象的输出与期望值之间的误差，通过调节控制器的输出来驱动被控对象，以使输出接近期望值。

PID控制算法通过不断地调整比例、积分和微分三个参数来实现系统的动态响应和稳态性能。

下面将详细介绍PID控制算法的原理及其参数调节方法。

PID控制算法基于以下原理：比例控制器通过测量被控对象的输出与期望值的误差，将该误差乘以一个比例常数Kp作为控制变量的改变量；积分控制器则根据误差的累积值乘以一个积分常数Ki，将结果作为控制变量的改变量；微分控制器通过测量误差的变化率乘以一个微分常数Kd，将结果作为控制变量的改变量。

总的控制变量即为上述三个改变量之和。

比例控制器起到的作用是实现系统的快速响应，但不能消除稳态误差；积分控制器的作用是消除稳态误差，但响应时间较慢，导致系统的超调现象；微分控制器的作用是根据误差的变化率进行控制，用于改善系统的动态性能，减小超调现象和震荡。

1.经验法：根据经验选择参数，根据系统的特性和需求来调整参数，但该方法存在主观性较强和不易精确控制的问题。

2. Ziegler-Nichols方法：这是一种基于试验的调参方法，首先将比例控制器参数Kp设为零，然后逐渐增加，直到系统发生振荡。

根据振荡的周期和振幅，可以得到系统的临界增益Kcr和临界周期Tcr，进而计算出Kp、Ki和Kd的值。

3.平衡点附近方法：首先通过施加一个步变输入，使系统达到一个稳态；然后通过观察系统的响应曲线，根据系统的平衡点附近的动态特性来调整参数。

4.自整定法：根据被控对象的频率响应特性和控制系统的要求，使用自整定算法来自动调整PID参数。

常见的自整定算法有最小二乘法、最小方差法和模拟退火法等。

总结来说，PID控制是一种基于反馈的控制算法，通过不断调整控制器的输出来使系统的输出接近期望值。

PID控制算法的原理主要基于比例、积分和微分三个环节，通过调整这三个环节的参数来实现系统的快速响应和稳态性能。

PID控制详解PID控制详解⼀、PID控制简介PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之⼀，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性⾼，被⼴泛应⽤于⼯业过程控制，尤其适⽤于可建⽴精确数学模型的确定性控制系统。

在⼯程实际中，应⽤最为⼴泛的调节器控制规律为⽐例、积分、微分控制，简称PID控制，⼜称PID调节，它实际上是⼀种算法。

PID控制器问世⾄今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、⼯作可靠、调整⽅便⽽成为⼯业控制的主要技术之⼀。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采⽤时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应⽤PID控制技术最为⽅便。

即当我们不完全了解⼀个系统和被控对象，或不能通过有效的测量⼿段来获得系统参数时，最适合⽤PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利⽤⽐例、积分、微分计算出控制量进⾏控制的。

从信号变换的⾓度⽽⾔，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为⽐例、积分、微分三种运算及其组合。

PID调节器的适⽤范围：PID调节控制是⼀个传统控制⽅法，它适⽤于温度、压⼒、流量、液位等⼏乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到很好的效果。

均可以达到0.1%，甚⾄更⾼的控制要求。

PID控制的不⾜1. 在实际⼯业⽣产过程往往具有⾮线性、时变不确定，难以建⽴精确的数学模型，常规的PID控制器不能达到理想的控制效果；2. 在实际⽣产现场中，由于受到参数整定⽅法烦杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、效果⽋佳，对运⾏⼯况的适应能⼒很差。

⼆、PID控制器各校正环节任何闭环控制系统的⾸要任务是要稳（稳定）、快（快速）、准（准确）的响应命令。

PID调整的主要⼯作就是如何实现这⼀任务。

增⼤⽐例系数P将加快系统的响应，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，过⼤的⽐例系数会使系统有⽐较⼤的超调，并产⽣振荡，使稳定性变坏。

PID控制及参数整定PID控制是一种常用的控制器设计方法，广泛应用于各种自动控制系统中。

PID控制器基于被控对象的误差信号，通过比例、积分和微分三个部分进行加权计算，生成控制量来驱动被控对象，使其输出接近设定值。

参数整定是指通过调整PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间等参数，使得控制系统性能最佳化。

本文将详细介绍PID控制及参数整定的相关内容。

一、PID控制原理F(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，Kp、Ki和Kd分别是比例增益、积分时间和微分时间，e(t)为被控系统目标值与实际值之间的误差，de(t)/dt为误差的变化速率。

-比例作用：比例增益Kp使得控制器能够对误差进行直接补偿，其作用是使系统更快地接近目标值。

当比例增益增大时，系统响应速度更快，但可能引起过冲或稳定性问题。

-积分作用：积分时间Ki使得控制器能够记录误差的累积量，并对其进行补偿。

积分作用可以消除稳态误差，提高系统的精度。

但积分时间过长可能引起系统的振荡或不稳定。

-微分作用：微分时间Kd使得控制器对误差的变化率进行补偿，以避免系统过冲或振荡。

微分作用可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。

但微分时间过大可能引起系统的噪声放大或响应迟滞。

二、PID参数整定方法PID参数整定是为了找到合适的Kp、Ki和Kd值，以获得最佳的控制系统性能。

常用的PID参数整定方法有以下几种：1.经验调整法：根据经验公式或类似系统的参数进行估计。

这种方法简单易行，但精度较低，适用于对控制精度要求不高的系统。

2. Ziegler-Nichols方法：这是一种经典的PID参数整定方法，通过系统的临界增益和临界周期来确定合适的参数。

具体步骤是先将系统增益逐渐增大，直到系统开始振荡，记录振荡的周期和振幅。

然后根据临界周期和振幅计算出Kp、Ki和Kd值。

这种方法相对简单，但对系统的稳定性有一定要求。

3.调整法：根据控制系统的特性和需求进行逐步调整。

C
c
u (n m) 阀门的开度极限 C
执行器进入深度饱和
34
4.3.3 积分饱和现象与抗积分饱和的措施 积分饱和现象
图4.2 加热器出口水温控制系统
35
4.3.3 积分饱和现象与抗积分饱和的措施
图4-2所示加热器水 温控制系统为消除残 差采用了 PI调节
调节阀选用气开式， 调节器为反作用方式。
23
4.3.2 比例积分的调节规律
u0 0
图4.9 PI 调节器对过程负荷变化的响应
负荷变化前（t<t0）被控系统稳 定，控制偏差为零，调节器输出保 持某恒定值。
24
4.3.2 比例积分的调节规律
图4.9 PI 调节器对过程负荷变化的响应
t=t0时刻，系统负荷发生阶跃变化 , P调节立即响应偏差变化，产生正的
输出：偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)的线性组 合
u(t
)
Kc
(e(t)
1 TI
t 0
e(t)dt
TD
de(t ) ) dt
式中 Kc —— 比例系数
TI —— 积分时间常数
TD —— 微分时间常数
4
4.l PID控制的特点 PID控制具有以下优点：
①原理简单，使用方便。 ②适应性强，可以广泛应用于化工、热工、
调节过程中的超调趋势随比例增益的增大和 积分时间的减小而增大，因此PI调节的比例 增益要设置得比纯P调节小，对积分时间的 设置也应有一定的限制。
29
4.3.2 比例积分的调节规律
PI调节在比例带不变的情况下，减小积分时间 TI，将使控制系统稳定性降低、振荡加剧、调 节过程加快、振荡频率升高。
图4.10 PI控制系统不同积分时间的响应过程

一、PID的概念及优点PID既比例-积分-微分控制，是对闭环控制中的误差信号进行响应，并对控制量进行调节，以获得期望的系统响应。

被控参数可测系统量，如转速、转矩或磁通。

PID功能的优点：可通过对一个或多个增益值进行调节以及观测系统响应变化的方法，以实验为根据进行调节。

二、PID功能PID是周期性地控制操作。

假定控制器的执行频率足够高，以使系统得到真确控制。

误差信号是通过将被控参数的期望设定值减去该参数的实际测量值来获得的。

误差的符号表明控制输入所需的变化方向。

1.P项由误差信号乘以一个P增益因子形成，使PID控制响应为误差幅值的函数。

当误差信号增大时，控制器的P项将变大以提供更大的校正量。

2.I项对全部误差信号进行连续积分。

因此，小的静态误差随时间累计为一个较大的误差值。

累计误差信号乘以一个I增益因子即成为PID控制器的I输出项。

3.D项D项输入是计算前次误差值与当前误差值的差来获得的。

该误差乘以一个D项增益因子即成为D输出项。

系统误差变化的越快，控制器的D项将产生更大的控制输出。

三、PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

模拟PID控制系统原理图比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。

其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

pid控制名词解释
PID控制是一种常用的控制策略，它通过计算误差的比例、积分和微分来调整控制器的输出，以使系统达到期望状态。

以下是相关名词的解释：
1. 比例系数：比例系数是控制器的一个参数，它控制输出信号的大小。

增加比例系数可以提高系统的响应速度，但会增加震荡和不稳定性。

2. 积分时间：积分时间是控制器的另一个参数，它控制积分作用的速度。

增加积分时间可以减小误差，但会增加响应时间和稳定性问题。

3. 微分时间：微分时间是控制器的第三个参数，它控制微分作用的速度。

增加微分时间可以减少震荡，但会增加噪声和不稳定性。

4. 设定值：设定值是系统所期望的状态或输出值。

5. 反馈信号：反馈信号是系统当前的状态或输出值，它用于计算误差。

6. 控制器输出：控制器输出是根据误差计算得出的控制信号，它用于调节系统。

7. 误差：误差是设定值和反馈信号之间的差值，它用于计算控制器输出。

- 1 -。