pid调节到底是什么东西?
经常看到有关pid调节问题书籍，看来看去看不懂他们再说什么。还有一些技术员一提起pid调节，就摇头，搞不懂呀！那么pid调节的实质是什么？通俗的概念是什么？我们通过图1进行分析。一个自动控制系统要能很好地完成任务，首先必须工作稳定，同时还必须满足调节过程的质量指标要求。即：系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。很明显，自动控制系统总希望在稳定工作状态下，具有较高的控制质量，我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度，就要求系统有很高的放大系数，然而放大系数一高，又会造成系统不稳定，甚至系统产生振荡。反之，只考虑调节过程的稳定性，又无法满足精度要求。因此，调节过程中，系统稳定性与精度之间产生了矛盾。 如何解决这个矛盾，可以根据控制系统设计要求和实际情况，在控制系统中插入“校正网络”，矛盾就可以得到较好解决。这种“校正网络”，有很多方法完成，其中就有pid方法。 简单的讲，pid“校正网络”是由比例积分pi和比例微分pd"元件组"成的。为了说明问题，这里简单介绍一下比例积分pi和比例微分pd。 微分： 从电学原理我们知道，见图2，当脉冲信号通过rc电路时，电容两端电压不能突变，电流超前电压90°，输入电压通过电阻r向电容充电，电流在t1时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压usc此刻也达到最大值。随着电容两端电压不断升高，充电电流逐渐减小，电阻两端电压usc也逐渐降低，最后为0，形成一个锯齿波电压。这种电路称为微分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”激烈，其性质有加速作用。 积分： 我们再来看图3，脉冲信号出现时，通过电阻r向电容充电，电容两端电压不能突变，电流在t1时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压此刻也达到最大值。电容两端电压usc随着时间t不断升高，充电电流逐渐减小，最后为0，电容两端电压usc也达到最大值，形成一个对数曲线。这种电路称为积分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”迟缓，其性质是“阻尼”缓冲作用。
插入校正网络的情况 现在我们首先讨论自动控制系统引入比例积分pi的情况，见图4。曲线pi（1）对阶跃信号的响应特性曲线，当t=0时，pi的输出电压很小，（由比例系数决定）当t>0时，输出电压按积分特性线性上升，系统放大系数ue线性增大。这就是说，当系统输入端出现大的误差时，控制输出电压不会立即变得很大，而是随着时间的推移和系统误差不断地减小，pi的输出电压不断增加，既，系统放大系数ue不断线性增大。我们称这种特性为系统阻尼。决定阻尼系数因素是pi比例系数和积分时间常数。要不断提高控制系统的质量，就要不断改变pi比例系数和积分时间常数。
我们再讨论控制系统引入比例微分pd的情况，见图4。曲线pd（2）对输入信号的响应特性曲线，当t=0时，pd使系统放大系数ue骤增。这就是说，当系统输入端出现误差时，控制输出电压会立即变大。我们称这种特性为加速作用。可以看出，过强的微分信号会使控制系统不稳定。所以在使用中，必须认真调节pd比例系数和微分时间常数。 为妥善解决系统稳定性与精度之间的矛盾，往往将比例积分pi与比例微分pd组合使用，形成“校正网络”，也称pid调节。pid调节特性曲线pid（3）（图4），是pi、pd特性曲线合成的。适当的调节pi、pd上述各系数，就能保证控制系统即快又稳的工作。 结论： pid调节器实际是一个放大系数可自动调节的放大器，动态时，放大系数较低，是为了防止系统出现超调与振荡。静态时，放大系数较高，可以蒱捉到小误差信号，提高控制精度。 1. pid常用口诀: 参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1， 2. 一看二调多分析，调节质量不会低 2.pid控制器参数的工程整定,各种调节系统中p.i.d参数经验数据以下可参照： 温度t: p=20~60%,t=180~600s,d=3-180s压力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。 3.pid控制的原理和特点 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-state error）。 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（system with steady-state error）。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，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(pd)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
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