??1.PID（Proportional， Integral and Derivative）介紹 ? ??PID控制問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(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(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。 ??PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制就是根據(jù)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。 ??目前PID控制在工業(yè)控制系統(tǒng)中無處不見，隨著控制效果的要求不斷提高，PID逐漸向智能化發(fā)展，但形形色色“時髦”的現(xiàn)代控制理論中的PID最終還是源自經(jīng)典PID理論。 ??為什么PID應(yīng)用如此廣泛、又長久不衰？是因為PID解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可實現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調(diào)節(jié)器中引入積分項，系統(tǒng)增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差就為零。 ??由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來相當?shù)穆闊? ??目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智慧控制理論三個階段。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)和死循環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機構(gòu)﹑輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口﹑執(zhí)行機構(gòu)﹐加到被控系統(tǒng)上﹔控制系統(tǒng)的被控量﹐經(jīng)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(gòu)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慧PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器（intelligent regulator），其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智慧化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器（PLC） 是利用其死循環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制。 ? ??2.PID原理 ? ??2.1名詞解釋 ??2.1.1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死循環(huán)回路。 ??2.1.2閉環(huán)控制系統(tǒng)（又稱死循環(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，形成一個或多個死循環(huán)。 ??2.1.3正反饋和負反饋 ??死循環(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，一般死循環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。死循環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的死循環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最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，它就是一個死循環(huán)控制系統(tǒng)。 ??2.1.4階躍響應(yīng) ??階躍響應(yīng)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(yīng)進入穩(wěn)態(tài)后﹐系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差。控制系統(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(yīng)上看應(yīng)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(yīng)的快速性，通常用上升時間來定量描述。 ??2.2 PID一般表達式 ??2.2.1 PID模擬算法 ??U（t）=P*［e（t）+ 1/Ti*∫0te（t）dt+Td*de（t）/dt］ ??2.2.2 PID數(shù)字算法 ??U（K）=P*{［e（K）-e（K-1）+Ts/Ti*e（K-1）+Td/Ts*［e（K）-2e（K-1）+e（K-2）］］}+U（K-1） ??其中： ??P為比例增益； ??Ti為積分時間； ??Td為微分時間； ??PID主要調(diào)節(jié)這三個參數(shù)。 ??e（t）為輸入誤差； ??Ts為數(shù)字PID運算的采樣周期。 ??2.3 PID各參數(shù)在系統(tǒng)中的作用 ??2.3.1比例調(diào)節(jié) ??1.調(diào)節(jié)作用快，系統(tǒng)一出現(xiàn)偏差，調(diào)節(jié)器立即將偏差放大1/P倍輸出。 2.系統(tǒng)存在余差比例帶越大，過渡過程越平穩(wěn)，但余差越大，比例帶越小，過渡過程易振蕩，比例帶太小時，就可能出現(xiàn)發(fā)散振蕩。 ??比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)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）。 ??2.3.2積分調(diào)節(jié)