??1.PID（Proportional， Integral and Derivative）介紹 ? ??PID控制問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統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控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。 ??PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 ??目前PID控制在工業控制系統中無處不見，隨著控制效果的要求不斷提高，PID逐漸向智能化發展，但形形色色“時髦”的現代控制理論中的PID最終還是源自經典PID理論。 ??為什么PID應用如此廣泛、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，既系統的穩定性、快速性和準確性。調節PID的參數，可實現在系統穩定的前提下，兼顧系統的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調節器中引入積分項，系統增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統，這樣系統階躍響應的穩態誤差就為零。 ??由于自動控制系統被控對象的千差萬別，PID的參數也必須隨之變化，以滿足系統的性能要求。這就給使用者帶來相當的麻煩。 ??目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發展也經歷了古典控制理論、現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。自動控制系統可分為開環控制系統和死循環控制系統。一個控制系統包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執行機構﹑輸入輸出接口。控制器的輸出經過輸出接口﹑執行機構﹐加到被控系統上﹔控制系統的被控量﹐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﹐其傳感器﹑變送器﹑執行機構是不一樣的。比如壓力控制系統要采用壓力傳感器。電加熱控制系統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，各大公司均開發了具有PID參數自整定功能的智能調節器（intelligent regulator），其中PID控制器參數的自動調整是通過智慧化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用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系統等等。 可編程控制器（PLC） 是利用其死循環控制模塊來實現PID控制。 ? ??2.PID原理 ? ??2.1名詞解釋 ??2.1.1開環控制系統 ??開環控制系統（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。在這種控制系統中，不依賴將被控量反送回來以形成任何死循環回路。 ??2.1.2閉環控制系統（又稱死循環控制系統） ??閉環控制系統（closed-loop control system）的特點是系統被控對象的輸出（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。 ??2.1.3正反饋和負反饋 ??死循環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋（ Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般死循環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。死循環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的死循環控制系統，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統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，也就成了一個開環控制系統。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個死循環控制系統。 ??2.1.4階躍響應 ??階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態后﹐系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、準、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性（stability），一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的﹔準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來（Steady-state error）描述，它表示系統輸出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。 ??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主要調節這三個參數。 ??e（t）為輸入誤差； ??Ts為數字PID運算的采樣周期。 ??2.3 PID各參數在系統中的作用 ??2.3.1比例調節 ??1.調節作用快，系統一出現偏差，調節器立即將偏差放大1/P倍輸出。 2.系統存在余差比例帶越大，過渡過程越平穩，但余差越大，比例帶越小，過渡過程易振蕩，比例帶太小時，就可能出現發散振蕩。 ??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系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。 ??2.3.2積分調節