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PID 控制的基本原理 1 ．PID 控制概述 当今的自动控制技术绝大部分是基于反馈概念的。反馈理论包括三个基本要素：测量、比较和执行。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。 PID 控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I ）和微分单元（ D ）组成，它的基本原理比较简单，基本的 PID 控 制规律可描述为： G S P 1 D S (1-1) K K K PID 控制用途广泛，使用灵活，已有系列化控制器产品，使用中只需设定三个参数（ ， ） P I 和 D K K K 即可。在很多情况下，并不一定需要三个单元，可以取其中的一到两个单元，不过比例控制单元是必不可少的。 PID 控制具有以下优点： （1 ） 原理简单，使用方便， PID 参数 可以根据过程动态特性变化， PID 参数就可以重 P 、 I 和 D K K K 新进行调整与设定。 （2 ） 适应性强，按 PID 控制规律进行工作的控制器早已商品化，即使目前必威体育精装版式的过程控制计算机，其 基本控制功能也仍然是 PID 控制。 PID 应用范围广，虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过适当简化，也 可以将其变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，就可以进行 PID 控制了。 （3 ） 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不太敏感。 但不可否 认 PID 也有其固有的缺点。 PID 在控制非线性、时变、偶合及参数和结构不缺点的复杂过程时，效果不是太好； 最主要的是：如果 PID 控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数作用都不大。 在科学技术尤其是计算机技术迅速发展的今天，虽然涌现出了许多新的控制方法，但 PID 仍因其自身的优 点而得到了最广泛的应用， PID 控制规律仍是最普遍的控制规律。 PID 控制器是最简单且许多时候最好的控制器。 在过程控制中， PID 控制也是应用最广泛的，一个大型现代化控制系统的控制回路可能达二三百个甚至更多， 其中绝大部分都采用 PID 控制。由此可见，在过程控制中， PID 控制的重要性是显然的，下面将结合实例讲述 PID 控制。 1.1.1 比例（ P）控制 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误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输 出存在稳定误差。比例控制器的传递函数为： 1 2 C S G K P 式中， 称为比例系数或增益（视情况可设置为正或负），一些传统的控制器又常用比例带（ Propo