PID控制设计

PID是一种控制算法的简称，即比例-积分-微分控制，其特点是结构改变灵活、技术成熟、适应性强。 在自动控制领域，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于它具有算法简单、可靠性高等优点被广泛应用于工业控制领域。PID控制是业内最常见的控制算法，在工业控制领域有很高的接受度。PID控制器的广泛应用，得益于其在多种操作条件下稳定的性能，以及易操作的特性。

  PID控制概述

如今的自动控制原理大多是基于反馈理论的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行[17]。测量关心的是变量，并与期望值相比较，以此误差来纠正和控制系统的响应。反馈理论及其在自动控制中应用的关键是：做出正确测量与比较后，如何用于系统的纠正与调节。在过去的几十年里，PID 控制，也就是比例积分微分控制在工业控制中得到了广泛应用。在控制理论和技术飞速发展的今天，在工业过程控制中95%以上的控制回路都具有PID 结构，而且许多高级控制都是以PID 控制为基础的。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

PID控制有三个基本要素：比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）。通过综合使用这三种不同的计算方法获取最优化的结果。对一个控制系统而言，因为很难对控制对象建立起精确的数学模型，导致系统参数经常发生难以预测的变化。即使应用控制理论进行综合分析，耗费了很大的代价，也不一定能得到满意的效果。所以人们倾向于使用PID调节器，根据经验在线整定参数，以便得到满意的控制效果。随着计算机特别是微机技术的发展，PID控制算法已能用微机实现，由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善。

在一个典型的控制系统里，过程变量是需要被控制的系统变量。例如，温度(ºC)、压强(psi)、流速(升/分钟)。 传感器用来测量过程变量，并对控制系统做出反馈。过程变量的期望值或必须达到的值称为设定值（给定值）。比如，在一个温控系统中，设定温度值为100摄氏度。在任意时间点上，控制系统算法（补偿器）使用过程变量和设定值之间的差值，得到期望的激励器输出，驱动系统（设备）。如测量得到的温度过程变量为100 ºC，期望的温度设定值为120 ºC，控制器算法的激励器输出将指示打开加热器。打开加热器，整个系统就逐渐变热，温度过程变量测得的结果也会增加。这就是一个闭环控制系统，读取传感器，提供即时反馈，计算期望的激励器输出，这三项操作往往以固定速率循环往复。

PID调节器属于线性调节器，如图2。1所示，这种调节器是将设定值r(t)与实际输出值y(t)进行比较构成控制偏差