PID调节整理

在实际中应用最为广泛的调节器控制为比例、积分、微分控制，简称PID控制或PID调节。
PID调节以结构简单、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控制在实际中也有PI和PD控制。PID调节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）

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偏差信号成比例关系，通俗的说比例就是输入偏差乘以一个系数。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 
输入偏差指被调量和调节器设定值之间的差值。

积分（I）
在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系，通俗讲积分就是对输入偏差进行积分运算。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。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，PI控制器（比例+积分）可以使系统在进入稳态后无稳态误差。


微分（D）    

在微分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系，通俗讲微分就是对输入偏差进行微分运算。 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。 

PID调节系统PID功能由PID调节器或DCS系统内部功能程序模块实现，了解与PID调节相关的一些基本概念，有助于PID入门新手快速熟悉调节器应用，在自动调节系统中成功整定PID参数。


1、被调量
被调量就是反映被调对象的实际波动的量值。被调量是经常变化的。
2、设定值
PID调节器设定值就是人们期待被调量需要达到的值。设定值可以是固定的，也可以是变化的。
3、控制输出    控制输出指PID调节器根据被调量的变化情况运算之后发出的让外部执行结构按照它的要求动作的指令。在PID调节器和执行机构之间还会有其他环节，比如限幅、伺服放大器等。限幅功能通常在PID调节器内完成；如果如果将PID、限幅和伺服放大器功能做在一台仪表内就构成阀位控制PID调节器；将伺服放大器和限幅做在执行机构里就构成智能执行机构。
4、输入偏差
输入偏差是被调量和设定值之间的差值
5、P（比例）
P就是比例作用，简单说就是输入偏差乘以一个系数。
6、I（积分）
I就是积分，简单说就是将输入偏差进行积分运算。
7、D(积分）
D就是微分，简单说就是将输入偏差进行微分运算
8、PID基本公式
PID调节器参数整定过程通俗讲就是先把系统调为纯比例作用，逐步增强比例作用让系统振荡，记录下比例作用和振荡周期，然后这个比例作用乘以0.6，积分作用适当延长
KP = 0.6 Km
KD = KP×π/4ω
KI = KP×ω/π
公式中KP为比例控制参数；KD为积分控制参数；KI为微分控制参数；Km为系统开始振荡是的比例值；ω为极坐标下振荡时的频率
9、单回路
单回路就是只有一个PID的调节系统。
10、串级
一个PID不够用，串级就是把两个PID串接起来形成一个串级调节系统，也被成为双回路调节系统。串级调节系统里PID调节器有主调和副调之分。
在串级调节系统中要调节被调量的PID叫做主调，输出直接去指挥执行器动作的PID叫做副调，主调的控制输出进入副调作为副调的设定值。
主调选用单回路PID调节器，副调选用外给定调节器。
11、正作用
对于PID调节器而言，控制输出随被调量增高而增高，随被调量减少而减少的作用，叫做PID正作用。
12、负作用
对于PID调节器而言，控制输出随被调量增高而降低，随被调量减少而增高的作用，叫做PID负作用。
13、动态偏差
在调节过程中，被调量和设定值之间的偏差随时改变，任意时刻两者之间的偏差叫做动态偏差。
14、静态偏差
调节趋于稳定之后，被调量和设定值之间还存在的偏差交静态偏差。消除静态偏差是通过PID调节器积分作用来实现的。
15、回调
调节器调节作用显示，使被调量开始由上升变为下降，或者由下降变为上升趋势成为回调。