PID应用研究现状

PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。

它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。

从实际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。

因此，对PID控制器参数整定法的研究具有重要的实际意义。

PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

在工业过程控制中，目前采用最多的控制方式依然是PID方式，即使在日本，PID控制的使用率也达到84.5%。

它具有容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，同时它原理简单，参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。

尽管自1940年以来，许多先进控制方法不断推出，但PID控制器仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。

2PID控制算法
PID控制器是一种基于偏差在“过去、现在和将来”信息估计的有效而简单的控制算法。

而采用PID控制器的控制系统其控制品质的优劣在很大程度上取决于PID控制器参数的整定。

PID控制器参数整定，是指在控制器规律己经确定为PID形式的情况下，通过调整PID 控制器的参数，使得由被控对象、控制器等组成的控制回路的动态特性满足期望的指标要求，达到理想的控制目标[6]。

1对于PID这样简单的控制器，能够适用于广泛的工业与民用对象，并仍以很高的性价比在市场中占据着重要地位，充分地反映了PID控制器的良好品质。

概括地讲，PID控制的优点主要体现在以下两个方面: 原理简单、结构简明、实现方便，是一种能够满足大多数实际需要的基本控制器; 控制器适用于多种截然不同的对象，算法在结构上具有较强的鲁棒性，确切地说，在很多情况下其控制品质对被控对象的结构或参数摄动不敏感。

PID控制器局限性
但从另一方面来讲，控制算法的普及性也反映了PID控制器在控制品质上的局限性。

具体分析，其局限性主要来自以下几个方面：算法结构的简单性决定了PID控制比较适用于单输入单输出最小相位系统，在处理大时滞、开环不稳定过程等受控对象时，需要通过多个PID控制器或与其他控制器的组合，才能得到较好的控制效果；算法结构的简单性同时决定了PID控制只能确定闭环系统的少数主要零极点，闭环特性从根本上只是基于动态特性的低阶近似假定的；出于同样的原因，决定了单一PID控制器无法同时满足对假定设定值控制和伺服跟踪控制的不同性能要求。

应用现状：PID调节器是一种较为理想的传统调节器, 其比例作用起主要调节作用，一般只有比例作用能单独完成自动调节控制。

但是，仅采用比例调节，系统会存在稳态误差。

积分作用的引人可以实现无差调节，但又容易过调使系统产生振荡；微分作用能减小动态偏差，用于克服对象的迟延和减小积分作用造成的过调比较有效，但不能单独使用。

在实际应用中，总是以比例调节为主，根据对象特性和调节要求适当加入积分和微分调节作用，构成较为完善的PID调节器。

为了实现无差调节，传统的PID调节器引人积分作用后,不可避免地使系统的调节过程发生超调。

适度的超调对于提高系统的响应速度是有利的，但过度超调将使系统发生振荡，甚至使系统不稳定。

PID参数整定时如何使系统保持适度的超调始终是一个难点,而全程调节系统中对象特性参数的变化更使得整定过程复杂化。

在现代由于计算机进入控制领域，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统，用软件实现PID控制算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使PID控制更加灵活。

计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。

因此，连续PID控制算法不能直接使用，需要采用离散化方法[2]。

在计算机PID控制中，使用的是数字PID控制器。

目前有位置式PID控制算法以及增量式PD控制算法。

位置式PID控制算法由于采用了全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对error(k)量进行累加，计算机运算工作量大。

而且，因为计算机输出的控制量u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)可能会出现大幅度的变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故，因而产生了增量式PID 控制的控制算法。