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在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（也稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最廣泛的一種自動控制器。

它具有原理簡單、易于實現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)選定比較簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象——“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。

PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（如可為PI調(diào)節(jié)、PD調(diào)節(jié)等）。長期以來，PID控制器被廣大科技人員及現(xiàn)場操作人員所采用，并積累了大量的經(jīng)驗。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量來進(jìn)行控制。

當(dāng)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(xué)模型，或控制理論的其他技術(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(dāng)人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，最適合采用PID控制技術(shù)。
（1）比例（P）控制 比例控制是一種最簡單、最常用的控制方式，如放大器、減速器和彈簧等。

比例控制器能立即成比例地響應(yīng)輸入的變化量。但僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state Error）。P就是比例，就是輸入偏差乘以一個系數(shù)；成比例地反映系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。響應(yīng)速度快，有利于系統(tǒng)穩(wěn)定。
（2）積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出量是輸入量對時間的積累。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。

為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差的運(yùn)算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。所以即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。其作用就是對輸入偏差進(jìn)行積分運(yùn)算；主要是消除偏差、提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。 （3）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）成正比關(guān)系。

自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是存在有較大的慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。

這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免被控量的嚴(yán)重超調(diào)。

所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。微分項對輸入偏差進(jìn)行微分運(yùn)算；能反映系統(tǒng)偏差信號的變化趨勢，在偏差信號變化太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)的快速性。
（4）閉環(huán)控制系統(tǒng)特點(diǎn) 控制系統(tǒng)一般包括開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(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，不依賴將被控制量返送回來以形成任何閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)（Closed-loop Control System）的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對象的輸出（被控制量）會返送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋（Negative Feedback）；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。可見，閉環(huán)控制系統(tǒng)性能遠(yuǎn)優(yōu)于開環(huán)控制系統(tǒng)。
（5）PID控制器的主要優(yōu)點(diǎn) PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)。

①PID算法蘊(yùn)涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。

其中，比例（P）代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分（D）在信號變化時有超前控制作用，代表將來的信息。在過程開始時強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分（I）代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此三種作用配合得當(dāng)，可使動態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。

②PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對各種工業(yè)應(yīng)用場合，都可在不同的程度上應(yīng)用。

特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過程控制對象。

③PID算法簡單明了，各個控制參數(shù)較為獨(dú)立，參數(shù)的選定較為簡單，形成了完整的設(shè)計和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。

④PID控制根據(jù)不同的要求，針對自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。

例如，為了克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為補(bǔ)償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場合取得了很好的效果。同時當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。