PID介紹

PID（比例（proportion）、積分（integral）、微分（differential））控制為閉環自動控制技術中廣泛使用的一種邏輯運算控制模式。

閉環控制技術基於反饋理論。反饋理論包括測量、比較和執行。即將執行裝置作用後所測量得到的結果與期望值進行比較得到偏差，將偏差反饋回控制器，控制器對其進行運算後得到一個輸出值，被控裝置按照輸出值的大小進行相應的改變從而使作用後的結果接近期望值。如此以往，被控引數會不斷地接近並達到期望值。

偏差對輸出的作用

偏差對輸出的作用分為兩種：正作用及反作用。其選擇應該根據執行物件的變化方向與偏差正負的影響關係上。假設當前偏差為正值，而為了使目標引數達到設定值，控制其的輸出也需要增加，這時的作用型別就為正作用，如果控制輸出需要減小則為反作用。例如：閥門的開度大小對流體流量偏差的影響，假定當前的流量為100，流量期望值為80，此時為正偏差，要使流量達到目標值，則需要減小閥門的開度，則此時選擇的作用型別應當為反作用。對靜壓箱的出風靜壓的控制為正作用。因為當靜壓為正值時，其偏差為正值，此時需要增大變頻器的輸出從而使得靜壓減少。

PID調節表中PID控制原理

PID控制原理。

PID可以分開為三部分：比例環節

積分環節

以及微分環節

。現透過如下公式來對PID控制進行說明。

比例環節

，與偏差e成倍數關係。從上式可以看出，比例環節是PID調節中最基本的一項，它對於後面的積分環節以及微分環節都有影響因此，找到合適的P值對控制尤為關鍵。每當系統存在偏差時，控制器會對根據設定的P值大小以及反饋型別來對輸出進行調節。只存在比例環節時，系統會產生不可消除的穩態偏差。當P值很小時，輸出在單位時間的變化率會很快，反之很小。因此當Ｐ值設定過小時，系統穩定性變差甚至不能穩定，會出現幅值相等週期一致的振盪；P值設定過大時，系統穩定所需要的時間會很長。

積分環節

，是偏差在時間上的積分乘以積分時間的倒數與比例係數之積。積分環節能夠消除單一用比例環節時所存在的固有穩態偏差。積分時間以及比例帶的大小確定後。系統存在偏差所持續的時間越長，其對輸出的影響也就越大，反之越小。相同的時間間隔以及偏差下，積分時間越小，單位時間內對輸出的改變越大，反之越小。

微分環節

，是偏差變化速率（包括大小與方向）乘以微分時間以及比例係數之積。微分環節可以減小過沖量。如果被控響應物件具有較大的滯後性，那麼僅採用比例環節以及積分環節進行控制時，在調節的過程中的輸出值會比穩態時所對應的輸出值要大得多的，從而導致出現過沖。而對於響應速率很快的物件，那麼微分時間可以相應地減小，甚至不需要。

手動調整PID事項

手動對PID進行調整時，先對P值從大變小，觀察調節過程中超調量的大小以及系統穩定時所經歷的時間是否在３個週期以內，找到並應用此P值；接著對I值由大往小進行調節。使得達到系統穩定時的偏差減少，且要保證被控引數不會出現長週期的擾動。當出現長週期擾動時，即表明需要稍微增加I值，使得積分環節對輸出的影響減小；最後是對D值由小往大進行調節，抑制產生過大的超調量，並且要保證被控引數不會出現短週期擾動，出現短週期的擾動時，需要將D值減小。

在穩定調控的過程中，輸出量的快速變化可能有利於被控引數的調節，但同時也意味著執行機構也在快速動作，過於頻繁的動作會降低執行機構的使用壽命。機械機構的頻繁的動作或多或少會對其產生損耗。因此，在穩態的調節中，最好能使用一個調節速率相對較慢的PID值，這有利於延長執行機構的使用壽命。

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