什么是PID控制？
目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋涍^輸出接口﹑執(zhí)行機構﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經過傳感器﹐變送器﹐通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)﹐其傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數自整定功能的智能調節(jié)器（inligent regulator），其中PID控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。
利用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實現PID控制的PC系統(tǒng)等等?？删幊炭刂破?/span>（PLC）是利用其閉環(huán)控制模塊來實現PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現PID 控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網絡來實現其遠程控制功能。
1、開環(huán)控制系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loop control system）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（controller）的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed-loop control system）的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋（ Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正zui后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、階躍響應
階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差?？刂葡到y(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性（stability），一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統(tǒng)的準確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來（Steady-state error） 描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差﹔快是指控制系統(tǒng)響應的快速性，通常用上升時間來定量描述。
4、PID控制的原理和特點
在工程實際中，應用的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能*掌握，或得不到的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術zui為方便。即當我們不*了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
比例（P）控制
比例控制是一種zui簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。
積分（I）控制
在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
微分（D）控制
在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會 出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。
5、PID控制器的參數整定
PID控制器的參數整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統(tǒng)的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行zui后調整與完善?，F在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作﹔（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現臨界振蕩 <-- adcode -->
，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期﹔（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。
PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整P\I\D的大小。
PID控制器參數的工程整定,各種調節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數經驗數據以下可參照：
溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
壓力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量L: P=40~100%,T=6~60s。
書上的常用口訣：
參數整定找*，從小到大順序查
先是比例后積分，zui后再把微分加
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
曲線偏離回復慢，積分時間往下降
曲線波動周期長，積分時間再加長
曲線振蕩頻率快，先把微分降下來
動差大來波動慢。微分時間應加長
理想曲線兩個波，前高后低4比1
一看二調多分析，調節(jié)質量不會低
這里介紹一種經驗法。這種方法實質上是一種試湊法，它是在生產實踐中總結出來的行之有效的方法，并在現場中得到了廣泛的應用。
這種方法的基本程序是先根據運行經驗，確定一組調節(jié)器參數，并將系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，然后人為地加入階躍擾動（如改變調節(jié)器的給定值），觀察被調量或調節(jié)器輸出的階躍響應曲線。若認為控制質量不滿意，則根據各整定參數對控制過程的影響改變調節(jié)器參數。這樣反復試驗，直到滿意為止。
經驗法簡單可靠，但需要有一定現場運行經驗，整定時易帶有主觀片面性。當采用PID調節(jié)器時，有多個整定參數，反復試湊的次數增多，不易得到*整定參數。
下面以PID調節(jié)器為例，具體說明經驗法的整定步驟：
【1】讓調節(jié)器參數積分系數S0=0，實際微分系數k=0，控制系統(tǒng)投入閉環(huán)運行，由小到大改變比例系數S1，讓擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直到獲得滿意的控制過程為止。
【2】取比例系數S1為當前的值乘以0.83，由小到大增加積分系數S0，同樣讓擾動信號作階躍變化，直至求得滿意的控制過程。
【3】積分系數S0保持不變，改變比例系數S1，觀察控制過程有無改善，如有改善則繼續(xù)調整，直到滿意為止。否則，將原比例系數S1增大一些，再調整積分系數S0，力求改善控制過程。如此反復試湊，直到找到滿意的比例系數S1和積分系數S0為止。
【4】引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD，此時可適當增大比例系數S1和積分系數S0。和前述步驟相同，微分時間的整定也需反復調整，直到控制過程滿意為止。
注意：仿真系統(tǒng)所采用的PID調節(jié)器與傳統(tǒng)的工業(yè) PID調節(jié)器有所不同，各個參數之間相互隔離，互不影響，因而用其觀察調節(jié)規(guī)律十分方便。
PID參數是根據控制對象的慣量來確定的。大慣量如：大烘房的溫度控制，一般P可在10以上,I=3-10,D=1左右。小慣量如：一個小電機帶
一水泵進行壓力閉環(huán)控制，一般只用PI控制。P=1-10,I=0.1-1,D=0,這些要在現場調試時進行修正的。
我提供一種增量式PID供大家參考
△U（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）
A=Kp（1+T/Ti+Td/T）
B=Kp（1+2Td/T）
C=KpTd/T
T采樣周期 Td微分時間 Ti積分時間
用上面的算法可以構造自己的PID算法。
U（K）=U（K-1）+△U（K）
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