PID控制原理与控制算法
plc中的pid死区控制算法
PLC中的PID死区控制算法一、概述在工业控制领域，PID控制算法是最常见的控制算法之一，它通过比较实际值和期望值之间的差异，对控制系统的输出进行调整，从而使实际值逐渐趋向于期望值。
然而，在一些特定的应用场景下，PID控制算法可能会出现“死区”现象，即系统输出在没有发生明显变化的情况下停滞不前。
为了解决这一问题，PLC中引入了PID死区控制算法，本文将对其原理和应用进行详细介绍。
二、PID控制算法的原理1. 比例控制部分（P）比例控制部分以实际值与期望值之间的偏差（e）为输入，通过乘以一个比例系数（Kp）得到输出。
比例控制部分的作用是快速响应系统的变化，但存在无法消除静差的缺点。
2. 积分控制部分（I）积分控制部分将实际值与期望值之间的偏差进行累积，通过乘以一个积分系数（Ki）得到输出。
积分控制部分的作用是消除静差，但存在响应速度慢的缺点。
3. 微分控制部分（D）微分控制部分以偏差的变化率为输入，通过乘以一个微分系数（Kd）得到输出。
微分控制部分的作用是抑制系统振荡，但存在对噪声敏感的缺点。
以上三个部分的输出之和即为PID控制算法的最终输出。
三、PID死区控制算法的原理在实际工业应用中，由于某些因素的影响，控制系统的输出可能会受到一定范围内的限制，这就产生了所谓的“死区”。
当系统输出处于死区内时，PID控制算法的作用就会减弱甚至消失，导致系统无法正常运作。
为了解决这一问题，PLC中引入了PID死区控制算法。
PID死区控制算法的原理是在PID控制算法的基础上加入死区补偿部分，当系统输出处于死区内时，死区补偿部分会根据系统的状态进行调整，从而使系统能够正常运作。
四、PID死区控制算法的应用PID死区控制算法在工业控制领域得到了广泛的应用，以下是一些具体的应用场景：1. 电机控制在电机控制系统中，PID死区控制算法可以有效解决电机启动和停止时产生的死区现象，提高电机的控制精度和响应速度。
2. 温度控制在温度控制系统中，PID死区控制算法可以应对物体温度变化缓慢或者受环境影响导致的死区现象，保证控制系统的稳定性和精度。
PID控制原理及参数设定
PID控制原理及参数设定PID控制是一种常用的自动控制算法，它通过反馈控制的方式，根据控制对象的输出与期望目标的差异来调整输入信号，实现对控制对象的稳定控制。
PID控制由比例（P）、积分（I）和微分（D）三部分组成，分别对应了不同的控制机制。
P（比例）控制是指控制信号与误差的线性比例关系，P控制主要用于快速响应系统，能够快速减小误差，但不能完全消除误差。
P控制的公式为：u(t)=Kp*e(t)，其中u(t)表示控制信号，Kp为比例增益，e(t)为误差。
通过调节比例增益Kp的大小，可以控制系统的响应速度。
I（积分）控制是指控制信号与误差的累积关系，I控制主要用于消除系统的稳态误差。
I控制的公式为：u(t) = Ki * ∫e(t)dt，其中Ki为积分增益。
通过调节积分增益Ki的大小，可以控制系统的稳态误差。
D（微分）控制是指控制信号与误差的变化率关系，D控制主要用于抑制系统的超调和震荡。
D控制的公式为：u(t) = Kd * de(t)/dt，其中Kd为微分增益，de(t)/dt为误差的变化率。
通过调节微分增益Kd的大小，可以控制系统的稳定性和响应速度。
根据PID控制的原理，控制信号可以表示为：u(t) = Kp * e(t) +Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt。
其中，e(t)为误差，t为时间。
在实际应用中，PID控制器还需要设置参数，包括比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd。
如何设置这些参数是设计一个有效的PID控制器的关键。
参数设定方法有很多种，常用的方法包括经验法、试验法和自整定法等。
经验法是一种基于经验规则的参数设定方法，它根据控制对象的特性和应用经验来选取参数。
经验法比较简单易用，但通常需要根据实际情况进行适当的调整。
试验法是通过试验分析控制对象的动态响应来选取参数，常用的试验方法有阶跃响应法、脉冲响应法和频率响应法等。
试验法的参数设定相对准确，但需要进行一定的试验工作，并且需要对试验数据进行分析。
PID控制算法的原理及应用
PID控制算法的原理及应用1. 简介•PID（比例-积分-微分）控制算法是自动控制领域中最常用的一种控制算法。
•PID控制算法通过不断调整控制器的输出，使得被控对象的输出达到预期的目标值。
2. PID控制算法原理PID控制算法由三个部分组成：比例环节、积分环节和微分环节。
2.1 比例环节比例环节根据系统输出的偏离程度，以一定的比例输出控制信号。
比例系数越大，控制信号的变化越敏感。
2.2 积分环节积分环节根据系统输出的偏离累积值，以一定的比例输出控制信号。
积分环节用于消除长期偏差，提高系统的稳定性。
2.3 微分环节微分环节根据系统输出的变化速率，以一定的比例输出控制信号。
微分环节用于预测系统未来的变化趋势，提前进行调整。
2.4 PID算法公式PID控制算法的输出可以表示为：\[u(t) = K_p \cdot e(t) + K_i \cdot \int_0^te(\tau) \, d\tau + K_d \cdot \frac{de(t)}{dt}\]其中， \(u(t)\) 为控制信号， \(e(t)\) 为系统的偏差， \(K_p\) 、 \(K_i\) 和 \(K_d\) 分别为比例系数、积分系数和微分系数。
3. PID控制算法应用场景PID控制算法广泛应用于各种自动控制系统中。
以下为几个常见的应用场景：3.1 温度控制PID控制算法在温度控制中常常被应用。
通过测量温度并与目标温度进行比较，PID控制器可以调整加热或冷却设备的控制信号来保持温度稳定。
3.2 机器人控制PID控制算法在机器人控制中被广泛使用。
机器人的运动轨迹可以通过PID控制器来控制，以实现准确的位置控制和运动稳定性。
3.3 液位控制在液位控制系统中，PID控制器可以根据液位的偏差调整液位控制装置的输出信号，以维持液位稳定。
3.4 电机控制PID控制算法在电机控制中被广泛应用。
通过不断调整电机的输入信号，PID控制器可以精确控制电机的转速和位置。
PID控制原理与控制算法
PID控制原理和控制算法5.1 PID控制原理和程序流程5.1.1过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
一、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值和给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。
控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
二、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
三、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。
微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在工业使用中最普遍的一种形式。
5.1.2 模拟PID调节器一、模拟PID控制系统组成图5－1－4 模拟PID 控制系统原理框图 二、模拟PID 调节器的微分方程和传输函数 PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)和实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。
1、PID 调节器的微分方程⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tDI P dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( 式中 )()()(t c t r t e -= u ——调节器的输入信号；e ——测定值和给定值的差值； I T ——积分时间； D T ——微分时间； P K ——调节器放大倍数。
2、PID 调节器的传输函数 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==S T S T K S E S U S D D I P 11)()()( 三、PID 调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。
pid控制的基本原理及离散算法∫0∫t
PID 控制的基本原理及离散算法1 PID 控制的基本概念PID 控制是控制工程中技术成熟且应用广泛的一种控制策略。
经过长期的工程实践，已经形成了一套完整的PID 控制方法和典型结构，不仅适用于数学模型已知的控制系统，而且对于数学模型难以确定的工业过程也可以应用。
PID 控制参数整定方便，结构改变灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
在闭环负反馈控制系统中，系统的偏差信号e(t)是系统进行控制的最基本的原始信号。
为了提高控制系统的性能指标，可以对偏差信号e(t)进行改造，使其按照某种函数关系进行变化，形成所需要的控制规律u(t)，从而使控制系统达到所要求的性能指标，即()()[]t e f t u =所谓PID 控制，就是对偏差信号e(t)进行“比例加积分加微分”形式的改造，形成新的控制规律u(t)。
即()()()()++=∫dt t de T d e T t e K t u dti p 01ττ ()()()dtt de T K d e T K t e K dp tip p ++=∫ττ 其中：()t e K p 是比例控制部分，p K 称为比例常数； ()∫tip d e T K 0ττ是积分控制部分，iT 称为积分时间常数；()dtt de T K dp 是微分控制部分，d T 称为微分时间常数。
在零初始条件下，将上式两边取拉普拉斯变换，可得()()()()s sE T K s E sT K s E K s U d p i p p ++=基于PID 控制的闭环负反馈控制系统的传递函数方块图如图1所示。
图1 基于PID 控制的闭环负反馈控制系统2 PID 控制的离散算法（1）位置式算法设采样周期为T ，将前述PID 控制规律u(t)进行离散化处理，可得PID 控制的第k 个采样周期的位置式离散算法()k u 为()()()()()[]10−−++=∑=k e k e TT K j e T T K k e K k u d p kj ip p()()()()[]10−−++=∑=k e k e K j e K k e K d kj i p其中：比例控制部分()t e K p 离散化为()k e K p 。
pid电机控制算法
PID电机控制算法简介PID（比例-积分-微分）控制算法是一种常用的反馈控制算法，被广泛应用于电机控制领域。
PID控制器根据测量值与设定值之间的误差，通过调整输出信号来实现对电机的精确控制。
本文将详细介绍PID电机控制算法的原理、参数调节方法以及应用场景。
原理PID控制器基于三个主要参数：比例增益（Proportional Gain），积分时间（Integral Time）和微分时间（Derivative Time）。
它通过计算误差的比例项、积分项和微分项来产生输出信号。
比例项比例项根据误差的大小进行线性放大，用于快速响应系统中小幅度的误差。
比例增益决定了输出信号相对于误差的放大倍数。
较大的比例增益会导致系统响应过冲或震荡，而较小的增益则可能导致系统响应过慢。
积分项积分项考虑到误差累积效应，用于消除稳态误差。
它将历史上所有误差累加并乘以积分时间，以产生一个补偿信号。
积分项可以消除系统的静态误差，但过大的积分时间可能导致系统响应过度调整或不稳定。
微分项微分项根据误差的变化率来预测未来的误差趋势，并产生相应的补偿信号。
微分时间决定了对误差变化率的响应速度。
微分项可以提高系统的稳定性和抗干扰能力，但过大的微分时间可能导致系统对噪声敏感。
输出信号PID控制器将比例项、积分项和微分项加权求和，得到最终的输出信号。
输出信号经过放大、限幅等处理后作为电机控制器的输入，从而实现对电机转速、位置等参数的精确控制。
参数调节方法PID控制器中的三个参数需要根据具体应用场景进行调节，以获得最佳控制效果。
手动调节法手动调节法是一种常用且直观的方法。
通过逐步增大或减小比例增益、积分时间和微分时间，观察系统响应特性，并根据实际需求进行调整。
这种方法需要经验和反复试验，效率较低，但可以获得较好的控制效果。
Ziegler-Nichols方法Ziegler-Nichols方法是一种经验性的自整定方法，适用于一些标准的系统模型。
它通过系统响应曲线的形状来确定合适的参数。
控制系统中PID控制算法的详解
控制系统中PID控制算法的详解在控制系统中，PID控制算法是最常见和经典的控制算法之一。
PID控制算法可以通过对反馈信号进行处理，使得控制系统能够实现稳定、精确的控制输出。
本文将详细介绍PID控制算法的原理、参数调节方法和优化方式。
一、PID控制算法的原理PID控制算法是由三个基本部分组成的：比例控制器、积分控制器和微分控制器。
这三个部分的输入都是反馈信号，并根据不同的算法进行处理，最终输出控制信号，使得系统的输出能够与期望的控制量保持一致。
A. 比例控制器比例控制器是PID控制算法的第一部分，其输入是反馈信号和期望控制量之间的差值，也就是误差信号e。
比例控制器将误差信号与一个比例系数Kp相乘，得到一个控制信号u1，公式如下：u1=Kp*e其中，Kp是比例系数，通过调节Kp的大小，可以改变反馈信号对控制输出的影响程度。
当Kp增大时，控制输出也会随之增大，反之亦然。
B. 积分控制器积分控制器是PID控制算法的第二部分，其输入是误差信号的累积量，也就是控制系统过去一定时间内的误差总和。
积分控制器将误差信号的累积量与一个积分系数Ki相乘，得到一个控制信号u2，公式如下：u2=Ki*∫e dt其中，Ki是积分系数，通过调节Ki的大小，可以改变误差信号积分对控制输出的影响程度。
当Ki增大时，误差信号积分的影响也会增强，控制输出也会随之增大，反之亦然。
C. 微分控制器微分控制器是PID控制算法的第三部分，其输入是误差信号的变化率，也就是控制系统当前误差与上一个采样时间的误差之差，用微分运算符表示为de/dt。
微分控制器将de/dt与一个微分系数Kd相乘，得到一个控制信号u3，公式如下：u3=Kd*de/dt其中，Kd是微分系数，通过调节Kd的大小，可以改变误差信号变化率对控制输出的影响程度。
当Kd增大时，误差信号的变化率的影响也会增强，控制输出也会随之增大，反之亦然。
综合上述三个控制部分可以得到一个PID控制输出信号u，公式如下：u=u1+u2+u3二、PID控制算法的参数调节PID控制算法的实际应用中，需要对其参数进行调节，以达到控制系统稳定、精确的控制输出。
pid控制
1.2.5 梯形积分PID控制算法
在PID控制律中积分项的作用是消除余差， 为了减小余差，应提高积分项的运算精度， 为此，可将矩形积分改为梯形积分。
梯形积t分的计算k 公e(i式) 为e(i：1)
e(t)dt
T
0
i0
2
1.2.6 变速积分算法
变速积分的基本思想是，设法改变积分项 的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏 差越大，积分越慢；反之则越快，有利于 提高系统品质。
1.3.2 衰减曲线法
将PID控制器，置于纯比例控制作用下（即：积分系数Ti= ∞ 、 微分系数Td =0），用阶跃信号作为输入信号，然后从大到小 逐渐改变比例系数Kp ，直到使系统输出产生1/4的幅值衰减 过程，如下图所示。令此时的比例系数为K2，相邻两个波峰 （幅值相差4倍）间的时间间隔为T2，
1.1 PID控制原理
闭环控制系统原理框图
图中所示为控制系统的一般形式。被控量y(t)的检测值c(t)与给定值r(t) 进行比较，形成偏差值e(t)，控制器以e(t)为输入，按一定的控制规律 形成控制量u(t)，通过u(t)对被控对象进行控制，最终使得被控量y(t) 运行在与给定值r(t) 对应的某个非电量值上。
1.2.3 积分分离PID控制算法
具体实现的步骤是： 1、根据实际情况，人为设定阈值ε＞0； 2、当∣e (k)∣＞ε时，采用PD控制，可避免产生 过大的超调，又使系统有较快的响应； 3、当∣e (k)∣≤ε时，采用PID控制，以保证系统 的控制精度。
1.2.3 积分分离PID控制算法
积分分离控制算法可表示为： k u(k) kpe(k) ki e( j)T kd (e(k) e(k 1)) / T j0
PID控制原理与调整方法
PID控制原理与调整方法1. 比例控制（Proportional control，P）：比例控制根据实际值与设定值之间的偏差来调整输出信号。
当偏差增大时，输出信号也增大，从而加速系统的响应。
2. 积分控制（Integral control，I）：积分控制通过积分实际值与设定值之间的偏差来调整输出信号。
积分控制可以消除稳态误差，并提高系统的稳定性。
3. 微分控制（Derivative control，D）：微分控制通过对实际值与设定值之间的变化率进行微分来调整输出信号。
微分控制可以减少系统的震荡，并提高系统的响应速度。
1.初始调整：初始调整是指在系统初始运行时，根据经验或者试验来设置PID控制器的参数。
可以根据系统的响应速度和稳定性来逐步调整比例、积分和微分参数，使得系统达到最佳的控制效果。
2. Ziegler–Nichols调整方法：Ziegler–Nichols调整方法是一种经典的PID调整方法。
可以通过系统的阶跃响应曲线来确定控制器的参数。
根据曲线的形状，可以通过试验来确定比例、积分和微分参数的适当值。
3.优化方法：优化方法是根据系统的模型和目标函数来确定PID控制器的参数。
可以使用数学模型和优化算法来寻找最佳的参数组合，以使系统达到最佳的控制效果。
常用的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法等。
4.自适应控制：自适应控制是根据系统的动态特性和响应来自动调整PID控制器的参数。
可以根据系统的实时数据来自动调整比例、积分和微分参数，以适应系统的变化。
在实际应用中，PID控制常常需要根据具体的系统和要求来进行调整。
通过不断地试验和优化，可以找到最佳的PID参数组合，以实现系统的稳定控制和优化性能。
通俗易懂的PID控制算法讲解
最优控制旨在寻找一种最优的控制策 略，使得系统性能达到最优。与PID 控制相比，最优控制具有更高的性能 指标和更好的全局优化能力。然而， 最优控制的实现需要精确的数学模型 和大量的计算资源，且对系统参数变 化较为敏感。
05
PID控制算法的应用实例
工业自动化领域的应用
要点一
温度控制
在工业生产过程中，PID控制算法被 广泛应用于温度控制系统中，如熔炼 炉、热处理炉等设备的温度控制。通 过实时采集温度数据，与设定值进行 比较，PID控制器能够自动调节加热 元件的功率，使温度稳定在设定值附 近。
该传递函数描述了PID控制器在频域中的特性，可用于分析系统的稳定性、动态性能和 稳态精度等。
通过调整Kp、Ki和Kd三个参数，可以实现对系统性能的优化。在实际应用中，常采用 试凑法、经验法或优化算法等方法来确定PID参数。
03
PID控制算法的参数整定
参数整定的意义
提高系统性能
通过调整PID控制器的参数，可以优化系统 的动态响应和稳态精度，从而提高系统的整 体性能。
适应不同应用场景
不同的被控对象和不同的应用场景需要不同的PID 参数配置，参数整定可以使PID控制器适应各种应 用场景。
保证系统稳定性
合理的参数配置可以保证系统的稳定性，避 免系统出现振荡或失控等不稳定现象。
参数整定的方法
试凑法
根据经验或实验数据，逐步调整 PID控制器的参数，观察系统的响 应情况，直到满足性能指标要求 。
PID控制算法由比例（P）、积分（I） 和微分（D）三个部分组成，每个部 分都有不同的作用，通过调整三个部 分的参数可以实现对系统的精确控制 。
PID控制算法的应用领域
01
02
03
PID控制原理与调整方法
PID控制原理与调整方法1.比例控制（P控制）：比例控制是根据误差的大小来进行调整。
当误差大时，输出信号也会相应地增大，以加大控制作用力度；当误差小于设定值时，输出信号也会适当减小。
比例控制的目的是使输出与设定值之间的误差尽量减小。
2.积分控制（I控制）：积分控制是根据误差的累积量来进行调整。
当误差积累到一定程度时，输出信号会相应地增加或减小，以加速误差的消除过程。
积分控制的目的是缩小偏差，使系统达到更快的稳定状态。
3.微分控制（D控制）：微分控制是根据误差的变化率来进行调整。
当误差的变化率较大时，输出信号也会相应地调整，以实现更迅速的响应。
微分控制的目的是提高系统的稳定性和抗干扰能力。
根据实际控制需求，可以根据被控对象的性质和特点来调整PID控制参数。
以下是几种常用的PID参数调整方法：1.经验调参法：根据经验和实际控制经验，手动调整PID控制参数，逐渐找到使系统达到稳定且性能良好的参数组合。
这种方法简单直观，但需要丰富的实际经验和耐心。
2.理论分析法：根据被控对象的数学模型和系统性能指标的要求，通过理论分析方法来计算合适的PID参数。
这种方法需要深入理解被控对象的特性和控制原理，并具备一定的数学和控制理论基础。
3. 自整定方法：使用自整定算法来在线调整PID控制参数。
自整定方法有多种，如Ziegler-Nichols方法、Chien-Hrones-Reswick方法等。
这些方法均基于试控制行为和系统频率响应参数的分析计算，通过不断试控过程的反馈信息来调整PID参数。
4.优化算法：使用优化算法来寻找最佳的PID参数组合。
优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些算法通过不断迭代运算来参数空间中的最优解，以实现系统稳定性和性能的最佳平衡。
需要注意的是，PID参数的调整是一个较为复杂的过程，需要在实际应用中不断试验和调整，根据实际情况进行优化。
此外，不同的被控对象和控制要求可能需要不同的PID参数组合，因此在实际应用中需要灵活调整和适当的参数修正。
PID控制算法控制算法
PID控制算法控制算法1.PID控制算法的原理：-比例部分（P）：根据误差的大小，以比例系数的倍数调整控制器的输出。
一个较大的比例系数可以使系统的响应更加敏感，但可能引发过调和震荡；一个较小的比例系数可以减缓响应速度，但可能导致系统过于迟钝。
-积分部分（I）：根据误差累积的程度，以积分系数的倍数调整控制器的输出。
积分部分用来解决长时间累积误差的问题，减小系统的稳态误差。
但过大的积分系数可能导致系统不稳定。
-微分部分（D）：根据误差变化的速率，以微分系数的倍数调整控制器的输出。
微分部分用于预测误差变化的趋势，可以提前调整控制器的输出，减小过调和震荡的幅度。
2.PID控制算法的应用：-工业自动化：PID控制算法可以用来调节液位、温度、压力、流量等工业过程中的各种物理量。
通过对这些物理量的控制，可以实现生产过程的自动化和优化。
-机器人控制：PID控制算法可以用来控制机器人的位置、速度和力矩等。
通过对这些物理量的控制，可以使机器人实现准确的位置控制和运动轨迹规划。
-飞行器导航：PID控制算法可以用来控制飞行器的俯仰、横滚和偏航等。
通过对这些物理量的控制，可以使飞行器实现稳定的飞行和精确的导航。
3.PID控制算法的优缺点：-算法简单易于实现，计算量小。
-对被控制系统的响应速度快，可以实现快速稳定。
-可以通过调整比例、积分和微分系数来适应不同的控制要求。
然而，PID控制算法也存在以下缺点：-无法处理具有非线性特性的被控制系统。
-在存在模型不准确、系统参数变化较大等情况下，可能无法得到良好的控制效果。
-不适用于具有强耦合性的多变量系统。
为了解决这些问题，可以采用改进的PID控制算法，例如增加自适应性、模糊控制、神经网络控制等技术。
这些改进的算法可以更好地适应复杂的控制环境，并提高系统的鲁棒性和控制性能。
总结来说，PID控制算法是一种简单而有效的控制算法，具有广泛的应用领域。
虽然存在一些局限性，但通过改进和优化，可以进一步提高控制效果，满足不同的应用需求。
pid控制算法的原理
pid控制算法的原理
PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它基于对系统的测
量值进行连续监测和调整，使得系统的输出尽可能地接近期望值。
PID代表比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative），它的原理可以简要概括为以下几个方面：
1. 比例控制：PID控制算法根据系统当前状态与期望状态之间
的误差，将误差乘以比例系数Kp得到一个修正量，然后将修
正量加到系统的控制量中。
这个修正量的大小与误差成正比，即越大的误差会产生越大的修正量。
2. 积分控制：PID控制算法对误差进行累积，直到误差归零。
通过积分系数Ki乘以误差的累积和，得到一个修正量，使得
系统能够更好地消除系统存在的稳态误差。
积分控制的作用是消除系统的静态偏差。
3. 微分控制：PID控制算法根据误差的变化率给出一个修正量，这个修正量的大小与误差变化率成正比。
微分系数Kd乘以误
差的变化率，得到修正量，可以使得系统更快地响应误差的变化，并避免系统的超调和震荡。
PID控制算法通过不断的调整比例、积分、微分系数来优化系
统的控制效果。
其中比例控制能够确保系统对误差的响应速度较快，积分控制能够确保系统消除稳态误差，微分控制能够确保系统对误差变化的响应平滑而稳定。
由于PID控制算法简
单易实现且效果良好，被广泛应用于各个领域的自动控制系统中。
PID控制器：介绍PID控制器的原理、设计和应用
PID控制器：介绍PID控制器的原理、设计和应用控制系统在我们日常生活中扮演着重要的角色。
无论是在工业自动化、家电、机器人技术还是其他领域，控制系统都是实现稳定和精确控制的关键。
PID控制器是一种常用的控制器，被广泛应用于各种工业和自动化系统中。
本文将介绍PID控制器的原理、设计和应用。
什么是PID控制器？PID控制器是一种基于反馈的控制系统，用于控制运动、过程或其他变量。
PID 是“比例-积分-微分”（Proportional-Integral-Derivative）的缩写，这三个术语指的是PID控制器中使用的三个控制算法。
PID控制器根据当前的反馈信号与预设的设定值之间的差异，计算控制输出，并通过调整控制信号来实现稳定的控制。
PID控制器的原理PID控制器基于三个算法：比例控制、积分控制和微分控制。
下面我们将详细介绍每个算法的原理。
比例控制比例控制是PID控制器的基本控制算法之一。
它根据当前的反馈信号与设定值之间的差异，计算出一个与误差成比例的控制量。
比例控制的公式可以表示为：输出= Kp × 误差其中，Kp是比例增益，用于调整控制量对误差的敏感度。
较大的比例增益将导致更快的响应，但也可能引起振荡和不稳定。
比例控制器的作用是减小误差，使得实际输出逐渐接近设定值。
然而，由于比例控制只考虑当前误差并未考虑过去的误差，因此它无法消除稳态误差。
积分控制积分控制是PID控制器的另一个重要算法。
它考虑误差的累积，并在一段时间内对误差进行积分。
积分控制的公式可以表示为：输出= Ki × ∫ 误差 dt其中，Ki是积分增益，用于调整积分控制的敏感性。
积分控制的作用是消除稳态误差，因为它对误差的积分可以抵消误差的累积。
然而，积分控制也可能导致系统的超调和不稳定。
过高的积分增益会增加系统的振荡风险，从而造成过调和振荡。
微分控制微分控制通常用于减少系统的超调和抑制振荡。
它通过考虑误差变化的速率来改善系统的响应速度。
PID自动控制控制基本原理与控制算法
PID自动控制控制基本原理与控制算法PID自动控制是一种常用的控制方法，其基本原理是通过对被控对象的输出与期望值之间的差异进行反馈调节，从而实现对被控对象的精确控制。
PID控制算法由三个部分组成，分别是比例控制、积分控制和微分控制。
下面将详细介绍PID自动控制的基本原理和控制算法。
比例控制是PID控制的基本组成部分，它根据被控对象的输出与期望值之间的差异的大小来产生控制器的输出信号。
比例控制的输出与差异成正比，输出信号等于比例增益乘以差异。
比例增益决定了输出信号对差异的敏感程度，当比例增益较大时，控制器的输出信号会更加敏锐地响应差异，但也容易产生震荡或超调现象。
因此，比例增益需要根据被控对象的特性进行适当调整，以实现稳定的控制效果。
积分控制是为了解决比例控制无法完全消除静差的问题。
静差指的是被控对象输出与期望值之间的稳态偏差。
积分控制会根据差异的积分累加值来产生控制器的输出信号。
积分控制可以通过累加差异的方式来积累静差，并且随着时间的增加，积分增益的效果会越来越显著。
通过积分控制可以消除系统的静态误差，提高系统的稳定性和精度。
然而，过大的积分增益也可能导致振荡或超调，因此需要根据实际情况进行调整。
微分控制是为了解决比例控制和积分控制在快速响应和消除振荡方面的不足。
微分控制会根据差异的变化率来产生控制器的输出信号。
微分控制可以通过控制差异变化的速率来实现快速响应和消除振荡。
然而，过大的微分增益可能会引入噪声干扰或增强系统的震荡，因此需要合理选择微分增益。
PID控制算法是将比例控制、积分控制和微分控制三者综合起来进行控制，以实现对被控对象的精确控制。
PID控制器的控制信号由比例响应、积分响应和微分响应三者组成，通过调整三者之间的权重来实现控制效果的调整。
PID控制算法的具体形式可以表示为：u(t)=Kp·e(t)+Ki·∫e(t)dt+Kd·de(t)/dt其中，u(t)表示控制器的输出信号，Kp、Ki和Kd分别为比例增益、积分增益和微分增益，e(t)表示被控对象的输出与期望值之间的差异，∫e(t)dt表示差异的积分，de(t)/dt表示差异的微分。
pid算法的原理和算法
pid算法的原理和算法摘要：1.PID 算法的概念2.PID 算法的原理3.PID 算法的应用4.PID 算法的参数调整正文：一、PID 算法的概念PID 算法，即比例- 积分- 微分算法，是一种在自动控制原理中应用最为广泛的控制算法。
它主要由比例控制、积分控制和微分控制三部分组成，简称PID 控制，又称PID 调节。
二、PID 算法的原理1.比例控制：比例控制是根据系统偏差（实际值与期望值之间的差值）来调整控制量，其特点是控制作用与偏差成正比。
比例控制结构简单，易于实现，但不能消除系统的静差。
2.积分控制：积分控制是根据系统偏差的积分来调整控制量，其特点是控制作用与偏差的积分成正比。
积分控制可以消除系统的静差，但可能导致系统震荡。
3.微分控制：微分控制是根据系统偏差的变化速度来调整控制量，其特点是控制作用与偏差的变化速度成正比。
微分控制可以预测系统的变化趋势，从而减小系统的超调量和调整时间。
三、PID 算法的应用PID 算法广泛应用于工业控制、过程控制、航天航空、汽车工程等领域。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，PID 算法可以依靠经验和现场调试来确定控制器的结构和参数，从而实现较好的控制效果。
四、PID 算法的参数调整PID 算法的参数调整方法有很多，如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。
参数调整的目的是使控制系统达到所需的性能指标，如超调量、调整时间、稳态误差等。
总结：PID 算法作为一种经典的自动控制算法，在实际应用中具有广泛的适用性和优越的性能。
通过比例、积分、微分三个环节的协同作用，PID 算法能够实现对被控对象的有效控制。
pid控制原理及编程方法
pid控制原理及编程方法PID控制是一种常用的控制算法，可以根据给定的目标值和实际值，通过不断调整输出值，使得实际值尽可能接近目标值。
PID控制的原理可以通过以下几个步骤来理解和实现。
1. 比例控制（P控制）：根据目标值和实际值的偏差，乘以一个比例增益系数Kp得到控制量的变化量，作为输出。
控制量的变化量 = Kp * （目标值 - 实际值）2. 积分控制（I控制）：将偏差的累积值乘以一个积分增益系数Ki得到控制量的变化量，作为输出。
这个步骤主要是为了解决系统存在的偏差问题。
控制量的变化量 += Ki * （目标值 - 实际值）* Δt3. 微分控制（D控制）：根据偏差的变化率乘以一个微分增益系数Kd得到控制量的变化量，作为输出。
这个步骤主要是为了解决系统存在的过渡问题。
控制量的变化量 += Kd * （目标值变化率 - 实际值变化率） / Δt以上三个步骤得到的控制量的变化量之和即为最终的输出。
在编程实现PID控制时，可以按照以下步骤进行：1. 定义并初始化相关变量，包括比例增益系数Kp、积分增益系数Ki、微分增益系数Kd、目标值、实际值、偏差、偏差的累积值、上次偏差等。
2. 循环执行以下操作：a. 更新实际值。
b. 计算偏差（目标值 - 实际值）。
c. 计算控制量的变化量，包括比例控制量、积分控制量和微分控制量。
d. 更新偏差的累积值。
e. 计算最终输出值。
f. 控制执行相应操作（根据最终输出值控制系统）。
g. 等待一定时间间隔。
3. 重复步骤2直至达到控制目标。
需要注意的是，PID控制算法需要根据具体的应用场景，仔细选择合适的增益系数，以达到良好的控制效果。
PID控制原理及参数整定方法
PID控制原理及参数整定方法PID控制是一种经典的控制策略，广泛应用于各种工业自动化系统。
其通过比较设定值与实际输出值，根据误差及其变化趋势，实时调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
本文将详细介绍PID控制原理及参数整定方法，旨在帮助读者更好地理解和应用PID控制。
PID控制模型是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个环节组成的。
在工业自动化中，PID控制器作为一种核心组件，用于维持系统输出值与设定值之间的误差为最小。
PID控制器具有结构简单、稳定性好、易于实现等优点，因此被广泛应用于各种工业控制系统中。
PID控制原理基于控制系统的稳态误差，通过比例、积分和微分三个环节的作用，达到减小误差的目的。
比例环节根据误差信号的大小，产生相应的控制输出；积分环节根据误差信号的变化率，进一步调整控制输出；微分环节则根据误差信号的变化趋势，提前进行控制调整，以迅速消除误差。
PID参数整定的目的是选择合适的控制器参数，以满足系统的动态性能和稳态性能要求。
整定过程中，需要合理调整比例系数、积分时间和微分增益等参数。
其中，比例系数主要影响系统的稳态误差；积分时间用于控制积分环节的灵敏度；微分增益则决定了微分环节的作用强度。
针对不同的控制对象和系统要求，需要灵活调整这些参数，以获得最佳的控制效果。
以某化工生产线的液位控制为例，说明PID控制原理及参数整定的应用。
在此案例中，液位控制器通过比较设定值与实际液位值的误差，实时调整进料泵的转速，以维持液位稳定。
选择一个合适的比例系数Kp，使得系统具有较快的响应速度；调整积分时间Ti，以避免系统出现稳态误差；适当微分增益Kd的设定，可以改善系统的动态性能。
通过合理的参数整定，液位控制系统可以取得良好的控制效果。
然而，若比例系数过大，系统可能会出现振荡现象；若积分时间过长，系统可能无法达到预期的稳态性能；若微分增益过强，系统可能会对噪声产生过度反应。
因此，在参数整定过程中，需要根据实际情况进行反复调整，以达到最佳的控制效果。
PID控制原理和形式
PID控制原理和形式
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3.1概述
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• 概念：系统偏差旳百分比(Proportional)、 积分(Integral)和微分(Derivative)旳综合控 制，简称PID控制
• 特点：算法简朴、鲁棒性强和可靠性高
• 发展：气动->电动->电子->数字
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控制器百分比作用参数对系统性能旳
影响
P(t) K Pe(t)
1）动态影响
– 百分比系数Kp加大，使系统旳动作敏捷，速 度加紧，振荡次数增多，调整时间变长。当 Kp太大时，系统会趋于不稳定。若Kp太小， 又会使系统旳响应动作变化缓慢。
2）稳态影响
– 加大百分比系数Kp，在系统稳定旳情况下， 能够减小稳态误差，提升控制精度，却不能 完全消除稳态误差。
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（二)百分比调整(P调整)
➢⑴百分比调整器旳调整规律 ➢⑵百分比调整器旳静态偏差 ➢⑶百分比调整器旳特点
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⑴百分比调整器旳调整规律
输出信号与输入信号成百分比旳调整器称为百分
比调整器，简称P调整器。其调整规律为：
P(t) K Pe(t)
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（三）百分比积分调整(PI调整)
➢⑴积分调整器旳调整规律 ➢⑵百分比积分调整器旳调整规律 ➢⑶百分比积分调整器旳特点
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⑴积分调整器旳调整规律
①输出信号与输人信号成积分关系旳调整器称为
pid控制的工作原理和应用
PID控制的工作原理和应用一、什么是PID控制PID控制是一种经典的闭环反馈控制算法，全称为“比例-积分-微分”控制（Proportional-Integral-Derivative Control）。
PID控制器根据实际测量值与设定值之间的误差，通过三个控制系数（比例系数、积分系数和微分系数）来调节输出信号，实现对被控对象的控制。
二、PID控制的工作原理PID控制器通过比例控制、积分控制和微分控制三个部分对误差信号进行处理，从而实现对被控对象的控制。
1. 比例控制比例控制是PID控制的基础，它通过将误差信号与比例系数相乘得到控制量。
比例控制能够快速响应系统的变化，但可能导致超调和震荡现象。
2. 积分控制积分控制通过将误差信号的积分值与积分系数相乘得到控制量。
积分控制可以消除系统静态误差，提高系统的稳定性，但可能导致系统的响应速度变慢。
3. 微分控制微分控制通过将误差信号的变化率与微分系数相乘得到控制量。
微分控制可以提高系统的响应速度，并抑制超调和震荡现象，但可能增加系统的噪声灵敏度。
4. 综合控制PID控制器将比例控制、积分控制和微分控制三个部分的输出信号进行加权求和，得到最终的控制量。
PID控制器可以通过适当调节控制系数来实现快速响应、精确控制和稳定性。
三、PID控制的应用PID控制器广泛应用于工业控制和自动化领域，以下列举了几个常见的应用案例：1. 温度控制PID控制器可以用于实现温度控制，使温度保持在设定值附近，并具有较小的波动。
例如，PID控制器可以用于控制制造过程中的熔炉温度、恒温槽的温度等。
2. 位置控制PID控制器可以用于实现位置控制，将被控对象的位置控制在预定值上。
例如，PID控制器可以用于控制机器人的关节位置、车辆的速度等。
3. 流量控制PID控制器可以用于实现流量控制，调节流体的流量大小。
例如，PID控制器可以用于控制管道中的液体或气体的流量、调节流体泵的输出等。
4. 压力控制PID控制器可以用于实现压力控制，将被控对象的压力维持在设定值附近。
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PID控制原理与控制算法PID控制原理与程序流程过程控制的基本概念过程控制――对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
一、模拟控制系统图5-1-1 基本模拟反馈控制回路被控量的值由传感器或变送器来检测，这个值与给定值进行比较，得到偏差，模拟调节器依一定控制规律使操作变量变化，以使偏差趋近于零，其输出通过执行器作用于过程。
控制规律用对应的模拟硬件来实现，控制规律的修改需要更换模拟硬件。
二、微机过程控制系统图5-1-2 微机过程控制系统基本框图以微型计算机作为控制器。
控制规律的实现，是通过软件来完成的。
改变控制规律，只要改变相应的程序即可。
三、数字控制系统DDC图5-1-3 DDC系统构成框图DDC(Direct Digital Congtrol)系统是计算机用于过程控制的最典型的一种系统。
微型计算机通过过程输入通道对一个或多个物理量进行检测，并根据确定的控制规律(算法)进行计算，通过输出通道直接去控制执行机构，使各被控量达到预定的要求。
由于计算机的决策直接作用于过程，故称为直接数字控制。
DDC系统也是计算机在工业应用中最普遍的一种形式。
模拟PID 调节器一、模拟PID 控制系统组成图5－1－4 模拟PID 控制系统原理框图 二、模拟PID 调节器的微分方程和传输函数 PID 调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。
1、PID 调节器的微分方程 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tDIP dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( 式中 )()()(t c t r t e -= 2、PID 调节器的传输函数⎥⎦⎤⎢⎣⎡++==S T S T K S E S U S D D I P 11)()()(三、PID 调节器各校正环节的作用1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。
2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。
积分作用的强弱取决于积分时间常数TI ，TI 越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
数字PID 控制器一、模拟PID 控制规律的离散化模拟形式离散化形式)()()(t c t r t e -= )()()(n c n r n e -=dT t de )( Tn e n e )1()(--⎰tdt t e 0)(∑∑===ni n i i e T T i e 0)()(二、数字PID 控制器的差分方程[]00)()()()1()()()()(u n u n u n u u n e n e T T i e T T n e K n u D I P ni D I P +++=+⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= 式中 )()(n e K n u P P = 称为比例项∑==ni IPI i e T TK n u 0)()( 称为积分项[])1()()(--=n e n e TT K n u DPD 称为微分项 三、常用的控制方式1、P 控制 0)()(u n u n u P +=2、PI 控制 0)()()(u n u n u n u I P ++=3、PD 控制 0)()()(u n u n u n u D P ++=4、PID 控制 0)()()()(u n u n u n u n u D I P +++=四、PID 算法的两种类型1、位置型控制――例如图5－1－5调节阀控制[]00)1()()()()(u n e n e T T i e T Tn e K n u ni DI P +⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= 2、增量型控制――例如图5－1－6步进电机控制[][])2()1(2)()()1()()1()()(-+--++--=--=∆n e n e n e TT K n e T TK n e n e K n u n u n u D P I PP【例5—1】设有一温度控制系统，温度测量范围是0～600℃，温度采用PID 控制，控制指标为450±2℃。
已知比例系数4=P K ,积分时间s T I 60=，微分时间s T D 5=，采样周期s T 5=。
当测量值448)(=n c ，449)1(=-n c ，442)2(=-n c 时，计算增量输出)(n u ∆。
若1860)1(=-n u ，计算第n 次阀位输出)(n u 。
解：将题中给出的参数代入有关公式计算得316054=⨯==I PI T T K K ，125154=⨯==T T K K D P D ， 由题知，给定值450=r ，将题中给出的测量值代入公式（5－1－4）计算得2448450)()(=-=-=n c r n e 1449450)1()1(=-=--=-n c r n e 2452450)2()2(-=-=--=-n c r n e代入公式（5－1－16）计算得[]19)2(12212231)12(4)(-≈-+⨯-⨯+⨯+-⨯=∆n u代入公式（5－1－19）计算得1841)19(1860)()1()(≈-+=∆+-=n u n u n uPID 算法的程序流程一、增量型PID 算法的程序流程 1、 增量型PID 算法的算式)2()1()()(210-+-+=∆n e a n e a n e a n u式中)1(0T T T T K a DI P ++=，)21(1T T K a D P +-=，TT K a D P -=2 2、增量型PID 算法的程序流程――图5－1－7（程序清单见教材）二、位置型PID 算法的程序流程 1、位置型的递推形式)2()1()()1()()1()(210-+-++-=∆+-=n e a n e a n e a n u n u n u n u 2、位置型PID 算法的程序流程――图5－1－9只需在增量型PID 算法的程序流程基础上增加一次加运算Δu(n)+u(n-1)=u(n)和 更新u(n-1)即可。
三、对控制量的限制1、控制算法总是受到一定运算字长的限制2、执行机构的实际位置不允许超过上(或下)极限⎪⎩⎪⎨⎧=maxmin)()(u n u u n u max max min min )()()(u n u u n u u u n u ><<≤标准PID 算法的改进微分项的改进一、不完全微分型PID 控制算法1、不完全微分型PID 算法传递函数⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=1111)(S K TS T S T K S G D D D I P C图5－2－1 不完全微分型PID 算法传递函数框图 2、完全微分和不完全微分作用的区别图5-2-2 完全微分和不完全微分作用的区别 3、不完全微分型PID 算法的差分方程 [][])1()()1()()1()(--++--++-=n u n e T K T T n e n e T K T T n u n u D DDDDD D D[])1()()()(--+=∆n u n u K n u T TK n u D D P D IP4、不完全微分型PID 算法的程序流程――图5－2－3 二、微分先行和输入滤波1、 微分先行微分先行是把对偏差的微分改为对被控量的微分，这样，在给定值变化时，不会 产生输出的大幅度变化。
而且由于被控量一般不会突变，即使给定值已发生改变， 被控量也是缓慢变化的，从而不致引起微分项的突变。
微分项的输出增量为 [])1()()(-∆-∆=∆n c n c TT K n u DP D 2、 输入滤波输入滤波就是在计算微分项时，不是直接应用当前时刻的误差e(n)，而是采用滤 波值e(n)，即用过去和当前四个采样时刻的误差的平均值，再通过加权求和形式 近似构成微分项[])3()2(3)1(3)(6)(-----+=n e n e n e n e TT K n u DP D [])4()3(2)2(6)1(2)(6)(-+-+---+=∆n e n e n e n e n e TT K n u DP D积分项的改进一、抗积分饱和积分作用虽能消除控制系统的静差，但它也有一个副作用，即会引起积分饱和。
在偏差始终存在的情况下，造成积分过量。
当偏差方向改变后，需经过一段时间后，输出u(n)才脱离饱和区。
这样就造成调节滞后，使系统出现明显的超调，恶化调节品质。
这种由积分项引起的过积分作用称为积分饱和现象。
克服积分饱和的方法： 1、积分限幅法积分限幅法的基本思想是当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积分值。
其算法流程如图5-2-4所示。
2、积分分离法积分分离法的基本思想是在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值ε时才进行积分累积。
这样既防止了偏差大时有过大的控制量，也避免了过积分现象。
其算法流程如图5-2-5。
图5-2-4积分限幅法程序流程 5-2-5积分分离法程序流程 3、变速积分法变速积分法的基本思想是在偏差较大时积分慢一些，而在偏差较小时积分快一些，以尽快消除静差。
即用)(n e '代替积分项中的)(n e)())(()(n e n e f n e ='⎪⎩⎪⎨⎧-=0)())((An e A n e f A n e A n e ><)()( 式中 A 为一预定的偏差限。
二、消除积分不灵敏区1、积分不灵敏区产生的原因 )()(n e T TK n u IPI =∆ 当计算机的运行字长较短，采样周期T 也短，而积分时间T I 又较长时，)(n u I ∆)容易出现小于字长的精度而丢数，此积分作用消失，这就称为积分不灵敏区。
【例5—2】某温度控制系统的温度量程为0至1275℃，A/D 转换为8位，并采用8位字长定点运算。
已知1=P K ，s T 1=，s T I 10=，试计算，当温差达到多少℃时，才会有积分作用？解：因为当1)(<∆n u I 时计算机就作为“零”将此数丢掉，控制器就没有积分作用。
将1=P K ，s T 1=，s T I 10=代入公式计算得)()(1011)()(n e n e n e T T K n u I PI =⨯⨯==∆ 而0至1275℃对应的A/D 转换数据为0～255，温差T ∆对应的偏差数字为 T n e ∆⨯=1275255)( 令上式大于1，解得C T ο50>∆。
可见，只有当温差大于50℃时，才会有1)()(>=∆n e n u I ，控制器才有积分作用。