1 PID 的工业背景：

PID 调节可以算是连续系统之中使用最大、技术方面最成熟的调节方式之一 了，它的调节其实就是依靠输入的偏差值，按照不同的积分、微分和比例的函数 关系来实现运算的，结果则是输出控制。可以说，在很多的控制领域，PID 控制 算法都有了很大的效果，最为突出的就是单片机和 DSP、微机这些数字芯片实现 的的数字 PID 控制算法则有了更进一步的完善，因为它灵活的软件系统。

容易实现、控制效果好和结构简单、鲁棒性强都是 PID 控制器的特点，所 以实现了它是当今社会最稳定的控制方法的条件。因为它完整的理论分析体系和 明确的参数物理意义，在工业控制中有了很大的使用。

图 1-1 PID 控制原理在现实中的运用

在当今社会，工业自动化早已经变成衡量各个行业现代化水平的重要标志之 一。与此同时，控制理论在经历了由古典控制理论、现代控制理论、智能控制理 论这几个阶段的发展。现在的自动控制系统也是由闭环控制系统和开环控制系统 组成的。传感器、控制器、变送器、执行机构、输出输入接口都包含在一个控制 系统中。经过输出接口、执行机构，在加入被控制系统上就完成了控制器的输出。 要经过传感器、变送器，通过接口传送至控制器才能控制系统的被控量。不一样 的控制系统，它们的变送器、传感器和执行机构都是不一样的。举例来说压力控 制系统就一定要使用压力传感器，温度传感器就可以用来实现电加热的系统控制。 在当今社会，已经有了许多 PID 控制和它的控制器还有智能 PID 控制器，而且

它们的产品在工业上也得到了很大的应用，已经产出了五花八门的 PID 控制器 产品，大部分公司的开发趋势也慢慢向拥有 PID 参数自整定功能的智能调节器 靠近，智能化调整或校正、自适应算法都可以用 PID 控制器参数的自动调整来 完成。不但可以实现温度、压力、流量、液位控制器的控制。而已能够实现 PC 系统的控制等。可编程控制器的 PID 控制则是利用了它的闭环控制模块，因为 其能够实现和 ControlNet 的直接连接，还能够实现远程控制功能[1]。

在 1915 年-1940 年，PID 控制系统产生并得到了发展。PID 控制器和它改 进过的控制器在整个工业过程控制中已经占据了 90%。泰勒仪器公司的 Nichols 和 Zieiger 等人与 1942 年和 1943 年在开环和闭环的条件下，通过合理的实验研 究了积分、微分和比例三个部分在 PID 控制中的作用，并且首次提出了 PID 控 制器参数征订这一问题[2]。之后也有很多专人人士和这方面的公司对其投入了研 究。在 PID 控制器的参数调整方面研究取得效果经过了 50 多年的不懈研究。PID 参数的调整和优化也有了自适应 PID 控制、预估 PID 控制、模糊 PID 控制、自 校正 PID 控制、非线性 PID 控制和神经网络 HD 控制这些高级控制策略。

1.1 PID 控制法的应用：

美国的 Minorsky 与 1922 年经过对船的自动导航的研究之后就提出了控制 器的设计方法，这也标志了 PID 控制的诞生[3]。

一直到 20 世纪 80 年代，因为在单回路 PID 控制其中引出了参数整定和自 适应控制理论，PID 控制理论终于得到了飞快的发展。

目前，PID 控制算法再整个工业控制中依旧占着主导地位，因为它的可靠性 高，算法也简单。因虑到系统的误差和误差积累、误差变化等因素，PID 调节器 就比定值开关控温法优秀得多。PID 调节功能前者称之为模拟 PID 调节器，后者 则称为数字 PID 调节器。前者由于灵活性大，可以较好的控制。对一个确定的 受控系统来说。PID 的控制精度的确是非常让人满意的。