PID控制簡介目前，工業自動化水平已經成為衡量各行各業現代化水平的重要標誌。同時，控制理論的發展經歷了經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型例子是模糊自動洗衣機。自動控制系統可分為開環控制系統和閉環控制系統。控制系統包括控制器、傳感器、發送器、致動器和輸入/輸出接口。控制器的輸出通過輸出接口和執行器加到被控系統上；控制系統的被控量通過傳感器和變送器以及輸入接口送到控制器。不同的控制系統有不同的傳感器、變送器和執行器。例如，壓力控制系統應該使用壓力傳感器。電加熱控制系統的傳感器是壹個溫度傳感器。目前有許多PID控制器及其控制器或智能PID控制器(儀表)，其產品已廣泛應用於工程實踐中。PID控制器產品多種多樣，各大公司都開發了具有PID參數自整定功能的智能調節器，其中PID控制器參數的自動調整是通過智能調整或自校正和自適應算法來實現的。有用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，可以實現PID控制功能的可編程控制器(PLC)，可以實現PID控制的PC系統等。可編程控制器(PLC)利用其閉環控制模塊實現PID控制，可編程控制器(PLC)可直接與ControlNet相連。還有可以實現PID控制功能的控制器，如羅克韋爾的Logix產品系列，可以直接與ControlNet連接，通過網絡實現其遠程控制功能。1、開環控制系統開環控制系統是指被控對象(被控量)的輸出對控制器的輸出沒有影響。在這種控制系統中，它不依賴於反饋被控量來形成任何閉環。2.閉環控制系統閉環控制系統的特點是系統的被控對象(被控量)的輸出會被送回影響控制器的輸出，形成壹個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋。如果反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋，如果極性相同，則稱為正反饋。閉環控制系統壹般采用負反饋，也稱負反饋控制系統。有許多閉環控制系統的例子。比如人是壹個閉環控制系統，有負反饋，眼睛是傳感器，起反饋作用。人體系統通過不斷的修正，可以做出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有反饋回路，就變成了開環控制系統。再比如，當真正的自動洗衣機能連續檢測衣服是否洗好，洗完後自動切斷電源時，就是閉環控制系統。3.階躍響應階躍響應是指在系統中加入階躍函數時系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態後，系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用三個字來形容:穩、準、快。穩定性是指系統的穩定性。壹個系統要能正常工作，首先要穩定，在階躍響應方面要收斂。精度是指控制系統的準確度和控制精度，通常用穩態誤差來描述，穩態誤差代表系統輸出的穩態值與期望值之差；快是指控制系統響應的快速性，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踐中，應用最廣泛的調節器控制規律是比例、積分和微分控制，簡稱PID控制，也稱為PID調節。PID控制器自問世以來已有近70年的歷史，因其結構簡單、穩定性好、運行可靠、調節方便而成為工業控制的主要技術之壹。當不能完全掌握被控對象的結構和參數，或不能得到精確的數學模型，而控制理論的其他技術又難以采用時，系統控制器的結構和參數必須靠經驗和現場調試來確定，所以應用PID控制技術最為方便。即當我們對壹個系統和被控對象不完全了解，或者無法通過有效測量得到系統參數時，PID控制技術是最適合的。PID控制，其實也有PI和PD控制。PID控制器是根據系統誤差，利用比例、積分和微分來計算控制量進行控制。比例(P)控制比例控制是最簡單的控制方法。控制器的輸出與輸入誤差信號成比例。當只有比例控制時，系統輸出中存在穩態誤差。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。對於壹個自動控制系統來說，如果進入穩態後出現穩態誤差，那麽這個控制系統就稱為有穩態誤差的系統。為了消除穩態誤差，必須在控制器中引入壹個“積分項”。積分項對的誤差取決於對時間的積分，積分項會隨著時間的增加而增加。這樣，即使誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而增加，從而推動控制器的輸出增加，進壹步減小穩態誤差，直至等於零。因此，比例+積分(PI)控制器可以使系統進入穩態後無穩態誤差。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。在克服誤差的調節過程中，自動控制系統可能會振蕩甚至變得不穩定。原因是存在慣性大的分量(環節)或有延遲的分量，可以抑制誤差，它們的變化總是滯後於誤差的變化。解決方法是“引”誤差抑制效果的變化，即當誤差接近零時，誤差抑制效果應該為零。也就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的。比例項的作用只是放大誤差的幅度，現在需要增加的是“微分項”，可以預測誤差變化的趨勢。這樣，比例+微分的控制器可以提前使抑制誤差的控制功能等於零甚至為負，從而避免被控量的嚴重超調。因此，對於大慣性或大滯後的被控對象，比例+微分(PD)控制器可以改善系統在調節過程中的動態特性。
5.PID控制器的參數整定PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。根據被控過程的特點，確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間。PID控制器參數整定的方法有很多種，可以歸納為兩大類:壹類是理論計算整定法。它主要是根據系統的數學模型，通過理論計算來確定控制器參數。用這種方法得到的計算數據不能直接使用，必須通過工程實踐進行調整和修正。二是工程整定法，主要依靠工程經驗，直接在控制系統的測試中進行。該方法簡單易掌握，在工程實踐中應用廣泛。PID控制器參數的工程整定方法主要有臨界比例法、響應曲線法和衰減法。三種方法各有特點，相似之處都是通過實驗，然後根據工程經驗公式調整控制器的參數。但無論采用哪種方法，控制器的參數都需要在實際運行中最終調整和完善。目前壹般采用臨界比例法。用這種方法整定PID控制器參數的步驟如下:(1)首先預選壹個足夠短的采樣周期，使系統工作；(2)只加比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下此時的比例放大倍數和臨界振蕩周期；(3)在壹定的控制程度下，通過公式計算得到PID控制器的參數。
P\I\D參數的設定:依靠經驗和對技術的熟悉程度，參考測量值跟蹤和設定曲線，從而調整P \ I \ D的大小。
對於PID控制器參數的工程整定，可以參考各種調節系統中P.I.D參數的經驗數據如下:溫度T: P = 20 ~ 60%，T = 180 ~ 600s，D = 3-180s，壓力P: P = 30 ~ 70%，T = 24。
書上常用的公式:找到最佳的參數設置，先查比例，然後按從小到大的順序積分，再在曲線上加微分。振蕩非常頻繁。比例帶盤曲線在大灣附近浮動，比例帶盤曲線偏離小的比較慢，積分時間往下曲線波動周期長，積分時間拉長曲線振蕩頻率快。先降微分，動態差大時波動慢。微分時間要在理想曲線中拉長兩波，調整質量不會低於1。
這裏有壹個經驗方法。這種方法本質上是壹種試錯法，是在生產實踐中總結出來的壹種行之有效的方法，在現場得到了廣泛的應用。這種方法的基本程序是根據運行經驗確定壹組調節器參數，將系統投入閉環運行，然後人為加入階躍擾動(如改變調節器給定值)，觀察被調節量或調節器輸出的階躍響應曲線。如果控制質量不令人滿意，則根據每個設置參數對控制過程的影響來改變調節器參數。重復這個實驗，直到妳滿意為止。？經驗方法簡單可靠，但需要壹定的現場操作經驗，時機選擇容易主觀片面。使用PID調節器時，整定參數較多，試錯次數增多，很難得到最佳的整定參數。
以PID調節器為例，詳細描述了經驗法的整定步驟:(1)設調節器參數積分系數S0=0，實際微分系數k=0，控制系統投入閉環運行，比例系數S1由小變大，使擾動信號作階躍變化，觀察控制過程，直至得到滿意的控制過程。⑵將比例系數S1作為當前值乘以0.83，將積分系數S0由小變大，也使擾動信號發生階躍變化，直到得到滿意的控制過程。(3)保持積分系數S0不變，改變比例系數S1，觀察控制過程是否改善。如果有所改善，繼續調整，直到滿意為止。否則，增加原比例系數S1，然後調整積分系數S0，改善控制過程。重復這種反復試驗，直到找到滿意的比例系數S1和積分系數S0。⑷通過引入適當的實際微分系數k和實際微分時間TD，可以適當增加比例系數S1和積分系數S0。和前面的步驟壹樣，需要反復調整微分時間的設置，直到控制過程令人滿意。
註:仿真系統使用的PID調節器不同於傳統的工業PID調節器，參數之間相互隔離，互不影響，用它觀察調節規律非常方便。PID參數根據被控對象的慣性來確定。慣性大，比如大烘房的溫度控制，壹般P可以在10以上，I = 3-10，D = 1。慣性小，如:小電機配水泵進行閉環壓力控制，壹般只有PI控制。P = 1-10，I = 0.1-1，D = 0，應在現場調試時修正。
提供壹個增量PID供參考△u(k)= AE(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)A = KP(1+t/Ti+Td/t)B = KP(1+2td/。
妳可以用上面的算法構造自己的PID算法。U(K)=U(K-1)+△U(K)
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