如何通俗易懂的去理解PID调节

如何通俗易懂的去理解PID调节

姓名：谢悦 学号：1700030094

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【嵌牛导读】

PID调节是常用于经典控制理论中控制系统的一种基本调节方式，通过比例、积分和微分对系统进行调节，如何通俗易懂的去理解PID调节，这是本文阐述的内容。

【嵌牛鼻子】

比例、积分、微分、比例积分微分控制器

【嵌牛提问】

PID调节怎么去理解？在控制系统中怎么去使用？

【嵌牛正文】

一、导入故事：有漏洞的水缸的加水问题。

一个水缸本身含有漏洞，现要求水缸的水始终保持在一个高度上，且漏水的速度不一定是恒定的，当发现水面低于要求的高度时，需要进行加水。

过程：每30分钟检查一次水面高度时，水漏的太快，水几乎都快漏完；每3分钟检查一次水面高度时，水漏的时间短，几乎没有漏水；实验几次后，决定每10分钟检查一次水面高度，这个检查时间成为采样周期，由于加水的地方远，需要采用加水工具，当用桶加的时候，水会溢出；当用瓢加的时候，需要往返好多次；当用盆加的时候，只需几次就可以完成任务，加水的工具叫作比例系数。解决加水过程中的一出问题，在水缸上放置一个漏斗，通过改变漏斗孔径的大小，控制加水过程中的速度问题，漏斗的时间就成为积分时间。当要求加水的及时性时，即一旦水位过低，需要立即加水至设定水位，在旁边设置以备用水，调整位置，使得当水位过低时，及时添水；当水位过高时，在旁边凿一个流水孔，这个水漏出的快慢就叫做微分时间。

二、模型抽象

模型；人以PID控制的方式，用水壶往带有刻度的水杯里加水，加至半杯水后停止。

设定值：水杯的半杯刻度

实际值：水杯的实际水量

输出值：水壶的倒出数量和水杯舀出水量

测量传感器：人的眼睛

执行对象：人

正执行：倒水

反执行：舀水

P比例控制：当发现水没有到达半杯刻度时候，往水杯里面加水；当发现水超过刻度时候，就最简单的控制方式，控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时候，系统输出存在稳态误差。

PI积分控制：当发现杯里的水量没有到达刻度时候，一直倒水；当超过水量时候，从杯里往外舀水，反复操作。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，比例+积分控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

PID控制：如果最后能精确停在刻度的位置，就是无静差控制；如果停在刻度附近，就是有静差控制。在微分控制D中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系。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或有滞后，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势。有较大惯性或滞后的被控对象，比例P+积分I+微分D控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

三、PID参数调整

（1）整定比例控制

将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得到反应快、超调小的响应曲线。

（2）整定积分环节

若在比例控制下稳态误差不能满足要求，需加入积分控制。

先将步骤（1）中选择的比例系数减小为原来的50～80％，再将积分时间置一个较大值，观测响应曲线。然后减小积分时间，加大积分作用，并相应调整比例系数，反复测试得到较满意的响应，确定比例和积分的参数。

（3）整定微分环节

若经过步骤（2），PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不能令人满意，则应加入微分控制，构成PID控制。先置微分时间TD=0，逐渐加大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，反复试凑至获得满意的控制效果和PID控制参数。

四、PID控制目的

常用于闭环控制中，反馈信号取自拖动系统的输出端。当输出量偏离所要求给定的值时，反馈信号成比例变化。在输入端，给定信号与反馈信号相比较，存在一个偏差值。对于该偏差值，经过P、I、D调节，迅速、准确地消除系统的偏差，恢复到给定值，同时使得振荡和误差都比较小。