PID调节到底是什么？带你详解PID

 常常看到有关PID的问题，但看来看去都看不懂他们在说什么。可能还有一些技术员一提起PID调理就摇头，搞不来呀，不是很懂啊！那么PID调理的本质是什么？浅显的概念是什么？我们经过下图剖析剖析。

一个自动控制系统能够很好地完成任务，首先得工作稳定，同时还必需满足调理过程的质量指标请求。即：系统的响应快慢、稳定性、Zui大偏向等。很明显，自动控制系统希望在稳定工作状态下，具有较高的控制质量，而我们则希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度，就请求系统有很高的放大系数，但是放大系数一高，又会形成系统不稳定，以至系统产生振荡。反之，只思索调理过程的稳定性，又无法满足精度请求。因而，在调理过程中，系统稳定性与精度之间产生了矛盾。

如何处理这个矛盾？能够依据控制系统设计请求和实践状况，在控制系统中插入“校正网络”，矛盾就能够得到较好处理。这种“校正网络”，有很多办法完成，其中就有PID办法。

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。为了阐明问题，这里简单引见一下比例积分PI和比例微分PD。

微分：从电学原理我们晓得当脉冲信号经过RC电路时（图2），电容两端电压不能突变，电流超前电压90°，输入电压经过电阻R向电容充电，电流在t1时辰霎时到达Zui大值，电阻两端电压Usc此刻也到达Zui大值。随着电容两端电压不时升高，充电电流逐步减小，电阻两端电压Usc也逐步降低，Zui后为0，构成一个锯齿波电压。这种电路称为微分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反响”剧烈，其性质有加速作用。

积分：当脉冲信号呈现时（图3），经过电阻R向电容充电，电容两端电压不能突变，电流在t1时辰霎时到达Zui大值，电阻两端电压此刻也到达Zui大值。电容两端电压Usc随着时间t不时升高，充电电流逐步减小，Zui后为0，电容两端电压Usc也到达Zui大值，构成一个对数曲线。这种电路称为积分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反响”缓慢，其性质是“阻尼”缓冲作用。

当插入校正网络时：
我们首先讨论自动控制系统引入比例积分PI的状况（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，当t>0时（由比例系数决议），输出电压按积分特性线性上升，系统放大系数Ue线性增大。就是说，当系统输入端呈现大的误差时，控制输出电压不会立刻变得很大，而是随着时间的推移和系统误差不时地减小，PI的输出电压不时增加，即系统放大系数Ue不时线性增大。我们称这种特性为系统阻尼；决议阻尼系数要素是PI比例系数和积分时间常数。要不时进步控制系统的质量，就要不时改动PI比例系数和积分时间常数。

再讨论控制系统引入比例微分PD的状况（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。就是说，当系统输入端呈现误差时，控制输出电压会立刻变大。我们称这种特性为加速作用。能够看出，过强的微分信号会使控制系统不稳定。所以在运用中，必需认真调理PD比例系数和微分时间常数。

为妥善处理系统稳定性与精度之间的矛盾，常常将比例积分PI与比例微分PD组合运用，构成“校正网络”，也称PID调理。PID调理特性曲线PID（3）（图4），是PI、PD特性曲线合成的。恰当的调理PI、PD上述各系数，就能保证控制系统即快又稳的工作。

由此我们不难晓得PID调理器实践是一个放大系数可自动调理的放大器，动态时，放大系数较低，是为了避免系统呈现超调与振荡。静态时，放大系数较高，能够捕捉到小误差信号，进步控制精度。不知大家还有什么别的见解呢？