1、毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 PID 控制简介 摘要 ：本文主要从宏观上对 PID 控制进行介绍。首先对 PID 概念进行简单的介绍，然后对 P（比例）、I 积分 )、 D（微分）逐一进行简介，并给出其电路和公式。最后对 PID 的现状及发展方向进行总结。 关键词 ： PID； P（比例）； I（积分）； D（微分） 1 前言 实际的过程控制与运动控制中， PID 家族占有相当的地位，据统计，工业控制的控制器中 PID 类控制器占优 90%以上， PID 控制起最早出现的控制器类型，因为起结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类 控制器很受攻城人员的喜爱 【 1】
2、 2 PID 控制简介： 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念，反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正控制调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是。作出正确的测量和比较后，如何才能更好的纠正系统， PID（比例 -积分 -微风）控制器作为最早实用化的控制器已有 50 多年历史。现在仍然是应用最广泛的工业控制器。 PID 控制器简单易懂，使用中不需要精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最广泛的控制器。 PID 控制器由比例单元（ P）、积分单元（ I）和微分单元（ D）组成。其输入 e(t)与输出 U(t)的关系为公式（ 1-1
3、） 错误 !未找到引用源。 dt tdedttetetu tdip kkk )()()()( 0 (1-1) 因此它的传递函数为公式（ 1-2） 错误 !未找到引用源。 kkkGdip ssE sUs )( )()(0(1-2) 比利积分调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦 出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节。减少误差，但是过大的比例 ，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就就行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决与几分时间参数 Ti。 Ti
4、越小，积分作用就越强。反之， Ti 大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成 PI 调节器或 PID 调节器。 3 PID 控制 将感测与转换器输出 的讯号与设定值做比较，用输出信号源（ 2-10v 或 4-20mA）去控制 最终控制组件。在攻城实际中，应用最为广泛的调节器控制规律位比例积分微分控制，简称 PID 控制，又称 PID 调节。 3.1 比例控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制气的输出与输入误差讯号成比例关系。当仅有比例控制时，系统输出存在稳态误差。图 1 为比例电路 图 1 比例电路 比例公式： RRVV tti
5、120 )( )( 错误 !未找到引用源。 )(*)(120 tt VRRV i（ 2-1） 3.2 积分控制 在积分控制中，控制器的输入与输出误差讯号的积分成正比关系。 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”。积分项对误差取关于时间的积分，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，比例 +积分控制器，可以是系统在进入稳态后无稳态误差。图 2 为积分电路。 图 2 积分电路 积分公式：
6、SCSCSCtt RRRVVio 1*111)()(111 VRV iSCt 1*1)( 10 dtCt VRV i 10 1)(错误 !未找到引用源。 （ 2-2） 3.3 微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入讯号的微 分（即误差的变化率）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的组件和有滞后的组件，使力图克服误差的作用，其变化总是落后与误差的变化。解决的办法是使克服误差的作用变化要有些“超前”，即在误差接近零时，克服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，比例项的作用仅仅是放大误差的幅值，而且需
7、要增加“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，就能够提前克服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 重的冲过头。 所以，对有较大惯性或滞后的被控对象，比例 =微分的控制岂能改善系统在调节过程中的动态特性 错误 !未找到引用源。 图 3 为微分电路 图 3.微分电路 微分公式： SCSCtt RRVVi220 1)( )( )()( 20 tSCt VRV i dtdCt VRV i20 )( 错误 !未找到引用源。 （ 2-3） PID 控制现状及发展： 在实际的过程控制与运动控制系统中， PID 家族占有相当的地位，据统计，工业控制的控制器中PID
8、 类控制器占有 90%以上。 PID 控制器是最早出现的控制器类型，因为结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术人员的喜爱。 PID 控制中最重要的是对其参数的控制，所以当今国内外 PID 控制技术的研究主要是围绕如何对其参数整定进行的。 从目前 PID 参数整定方法的研究和应用现状来看，一下几个方面将是今后一段时间内研究和实践的重点。 （ 1）对于单输入单输出的被控对象，需 要研究针对不稳定对象或被控过程存在较大干扰情况下的 PID 参数整定方法，使其在初始化、抗干扰和鲁棒性能方面进一步增强，使用最少量的过程信息及较简单的操作就能较好的完成整定。 （
9、2）对于多输入多输出被控对象，需要研究针对具有显著耦合的多变量过程的多变量 PID 参数整定方法，进一步完善分散继电反馈方法，尽可能减少所需信息量，使其易于在线整定。 总结： PID 调节器从问世至今已经历了半个多世纪，在这几十年中，人们为它的发展和推广左忽了巨大的努力，使之成为工业过程控制中主要的和可靠的技术工具。即使在微处理技术迅速发展的今 天，过程控制中大部分控制规律都未能离开 PID，这充分说明了 PID 控制仍具有很强大的生命力。 PID 控制中一个至关重要的问题，就是控制器三参数（比例系数 =积分时间、微分时间）的整定。整定好坏不但会影响到控制质量，而且还会影响到控制器的鲁棒性。
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