PID控制原理与参数的整定方法

给四轴调了好久的PID，总算是调好了，现分享PID参数整定的心得给大家，还请大家喷的时候手下留情。

首先说明一下，这篇文章的主旨并不是直接教你怎么调，而是告诉你这么调有什么道理，还要告诉大家为什

么„只‟使用PID的四轴会在飞行中震荡，告诉大家为什么光使用PID并不能实现对四轴姿态‘足够好’的控制。文

章中还是涉及了不少自控原理和其他控制相关的姿势，没有一点底子的话确实会看着很困惑（不然那么些人花好

几年学控制还有什么意义？）。如果你只想知道结论的话，直接看文章开头和结尾部分就好了（作者也支持大家

这么做，这样被喷的几率就小了=_=）。

本人是刚刚转行学控制，思考错误的地方还请各位大神批评指正。

Ps：用wps画系统框图太费劲了，于是就一个豆没有画„„，大家不会怪罪我吧？

PID控制器是什么？

我想每一个看到这里的人都对PID的概念有了足够的了解，我一遍遍叽歪比例积分微分没有任何意义。这里

我只想说一些大家提的较少的‘重点’内容：

PID控制器是一个线性的控制器！从这里开始我们进入正题了，虽然若干年来PID已然成为了世界上使用最

普遍的控制方法，也逐渐被人们神话到几乎可以控制一切„„„„„„但是，从理论上来说，只有‘线性的，符

合要求的’被控系统才能在PID控制下实现良好的控制效果。

所以说，我们首先第一步，要保证我们的被控系统在被PID控制的区域‘表现为’一个线性系统才行。于是

这里有人会说了，现实中没有哪个系统是线性的，自然，我们的四轴飞行器在大范围内是一个非常典型的非线性

系统（随便按照理论推推模型就会出现漫天的三角函数），也就是说，我们‘仅’使用标准PID控制的话是不可

能让四轴从各个姿态回到目标状态的过程都能保持稳定。于是这里出现我们使用PID时要注意的第一个问题：

我们的PID控制只能工作在四轴角度偏移不大的一个近似线性的区域内。这个区域没有定论，不过你要是飞

机偏了90°的话想用PID调回到水平状态指定是非常危险的事情。PID的模型相关问题非常重要也比较费口舌，

PID参数整定方法

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。

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-stateerror）。

积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，

如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统

（SystemwithSteady-stateError）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分

项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分

项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于

零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大

惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变

化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就

PID控制原理与参数整定方法

PID控制是一种常用的反馈控制方法，它通过测量控制系统的输出与期望输入之间的差异，计算出一个控制信号来调节控制系统的行为。PID控制器的主要参数有比例增益（Proportional），积分时间（Integral）和微分时间（Derivative）。通过调节这些参数，可以实现对控制系统的动态响应和稳定性的优化。

首先，我们来了解一下PID控制器的工作原理。PID控制器是基于控制误差和误差的变化率来计算输出控制信号的，它包含三个部分：比例控制项、积分控制项和微分控制项。

比例控制项（P项）以控制误差的比例关系来计算输出信号。它的计算公式为：P=Kp*e(t)，其中Kp为比例增益，e(t)为控制误差。比例增益越大，控制器对误差的纠正力度越大，但过大的比例增益会引起震荡。

积分控制项（I项）以控制误差的累积值来计算输出信号。它的计算公式为：I = Ki * ∫e(t)dt，其中Ki为积分时间，∫e(t)dt为控制误差的累积值。积分控制项主要用于消除稳态误差，但过大的积分时间会引起超调和不稳定。

微分控制项（D项）以控制误差的变化率来计算输出信号。它的计算公式为：D = Kd * de(t)/dt，其中Kd为微分时间，de(t)/dt为控制误差的变化率。微分控制项主要用于抑制系统的震荡和快速响应，但过大的微分时间会引起噪声放大。

接下来，我们来介绍一下PID参数整定的方法。在实际应用中，PID参数的选择通常需要经验和试验。以下是常用的PID参数整定方法。 1.经验设置法：根据经验设置PID参数的初始值，然后根据实际系统的响应进行调整。这种方法需要经验和实践的积累，适用于经验丰富的控制工程师。

2. Ziegler-Nichols方法：这是一种基于实验步骤响应曲线的整定方法。该方法通过观察控制系统的临界点，确定比例增益、积分时间和微分时间的初始值，然后通过试探法逐步调整，直到系统达到所需的动态响应。

本贴由ouravr网友fsmcu发布,本人拜读后整理上传,感谢fsmcu的无私奉献,原帖连接： /bbs/bbs_content_all.jsp?bbs_sn=936512

Blackcafe @ Apr 30,2008

对于温度控制系统参数的整定过程及方法，搜索了很多论坛，大家都只提到PID数学原型，

很少看到有实验过程及Kp,Ki,Kd参数的整定过程及方法，这2天闲着没事，来做个温度控

制实验，并将一些实验过程写上来，我也是正在摸索阶段，希望大家踊跃发言哟，各位有好

的建议尽管提出来，然后我来实验，将实验数据整理上来，希望对于以后想做温度控制的朋

友有所帮助

硬件：

1。用可控硅控制200W加热丝，对一铁块(重量2斤)加热，用K型热电偶采集温度，采用

MAX6675做温度转换，可以到0。25度的精度，并且外围很简单，很容易与CPU对接，采

用SPI通信，读取当前的温度值

2。过零检测电路，将交流信号全波整流后得到的波形去控制NPN管，将信号整形后接到

CPU外部中断脚，为系统提供基准时间，所以CPU中断的频率是100HZ

实验目标：

在100度到200度内可对任意设定的温度恒温，精度先做到+/-1度吧

基本的控制实现方法：

因为是对加热的铁块温度进行控制，属于滞后效应系统，所以采样周期先定为5秒（这里指

的是PID计算的周期，注意我的温度采样是时时的），所以CPU外部中断次数为500次，

对应的PID计算结果输出为0~500，就是说把这5秒钟划分为500等份，根据计算的结果来

决定在这5秒钟内应该加热多少等份

软件：

采用PID控制方法，我先采用位置式输出方式，公式原型：u(t) = kp * e(t) + ki * [e(1) + e(2)

+ ....+ e(t)] + kd * [e(t) - e(t-1)]，这里先做基本的PID算法，达到控制目标后再来优化算法提