自动控制学习笔记(注释)(PID控制原理)

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pid笔记

一．基本控制数字PID位置式和增量式P控制：迅速反应误差，减小误差，不能完全消除误差（稳态误差）I控制：有足够的时间就可以完全消除误差D控制：使系统中抑制误差作用的变化提前位置式获得的是绝对输出量，增量式获得的是相对输出量。

二．基本控制基础上的改进1．位置算法中的积分饱和现象根据位置式的计算公式能够看出积分项随着时间在不断的累加，在偏差较大的情况下，很容易达到控制量的饱和值，当出现积分饱和的现象后，执行的就不是计算值了。

因此要克服积分饱和的现象。

1）积分分离误差大时不进行积分，当误差在一定的范围内时，进行积分运算以上是对位置PID的积分分离的讨论。

对于增量PID控制器，其中消除了积分的累积，但是其具有一个特点Kp*（e(k)-e(k-1)）,Ki*e(k)，对于比例控制和积分控制，当控制量向目标量趋近时，比例控制和积分控制反向；当控制量趋向偏离目标量时，比例控制和积分控制同向，这样的好处在于当控制量接近目标量的时候，比例控制抑制积分控制（也就是抑制了积分控制的超调），但是当开始控制的时候，控制量与目标量相差很大，此时的控制量是趋向于目标量的，因此比例控制和积分控制反向，这就减缓了整个控制过程，为了加快控制过程，可以借助位置PID控制中的积分分离的部分思想，当e(k)在设定的范围内的时候，正常进行PID控制，当e(k)不在设定的范围内的时候，无论控制量是趋向目标量还是偏离目标量，比例控制和积分控制仍然同向，也就是说此时取|e(k)-e(k-1)|。

2）遇限削弱积分法判断K-1次是否超出了设定的范围，如果超出，则只对正偏差或者负偏差进行积分控制。

3）有效偏差法4）积分限幅法：基本思想是当积分项输出到达积分幅值以后，停止积分控制，这是将上一个时刻的积分控制送给当前的积分控制。

流程图5）变速积分法基本思想：就是在偏差大的时候让积分的作用小一点，偏差小的情况下让积分的作用大一点。

用)(n e 代替积分项中的)(n e其中，A 为设定的偏差限制2.增量PID 算法中的积分不灵敏区从上面的式子可以看出来，只有当式子整体>1时才会有积分作用，当<1时，积分的作用为0，积分作用消失，这部分区域称为积分不灵敏区。

学习PID总结笔记

PID写程序的时候一般要设定一个上限值和一个下限值，大于上限值输出要全速运行或者高速运行，下限值则可以不输出，因为此时的误差太小了。

同时在一些情况下不能对采集到的值和设定的值直接取abs();有些时候要判断符号，这就是判断到底是变小了还是变大了，进而进行不同的数据处理。

最终得到控制量。

因此还有设定一个符号位，一般PID的参数有结构体来定义较为常见。

增量式PID一般要保存3个值，采集到的值，上一次的值，以及上上次的值当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”输出量：U(K) = 增量+ U(K-1);增量式PID计算部分（下面的代码是简化版PID调节）==================================================== =================================================*/ int IncPIDCalc(int NextPoint) {register int iError, iIncpid; //当前误差iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k-1]+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项//存储误差，用于下次计算sptr->PrevError = sptr->LastError;sptr->LastError = iError; //返回增量值 return(iIncpid); } memset ( pp,0,sizeof(PID)); //可以对于函数进行初始化。

自动控制学习笔记(PID控制原理)

PID控制原理PID算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性（系统抵御各种扰动因素——包括系统内部结构、参数的不确定性，系统外部的各种干扰等的能力）好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。

尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。

将偏差的比例（Proportion）、积分（Integral）和微分（Differential）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。

模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。

常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。

-+模拟PID控制系统原理图该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)(te) = r(t) − y(t) （式1－1）e (t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

所以模拟PID控制器的控制规律为u(t) =Kp [e(t) +dt+Td]（式1－2）其中：Kp――控制器的比例系数Ti－－控制器的积分时间，也称积分系数Td――控制器的微分时间，也称微分系数1、比例部分比例部分的数学式表示是：Kp*e(t)在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。

偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。

控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。

故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。

2、积分部分积分部分的数学式表示是：从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e(t)=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。

自控系统PID控制原理和参数整定

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比例带/比例增益对于ຫໍສະໝຸດ 节过程的影响比例调节的残差随着比例带的增大而增大，从这一方面考虑，人们希望尽量减小比例带。然而，减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统激烈振荡，甚至不稳定。
如果残差过大，则需要通过其他途径解决。 δ很大意味着调节阀的动作幅度很小，因此被调量的变化比较平稳，甚至可以没有超调，但残差很大，调节时间很长。减小δ就加大了调节阀的动作幅度，引起被调量来回波动，但系统仍可能是稳定的，残差相应减小。 δ具有一个临界值，此时系统处于稳定边界的情况，进一步减小δ系统就不稳定了。 δ的临界值可以通过试验测定出来。
造纸、建材等各种生产部门。 3. 鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
26
控制系统框图
偏差值给定值
+-
反馈值
操作值
控
执
制
行
器
器
调节阀
测量、变送元件
扰动
受控对象
被控量
27
PID算法
u(t)
K P[e(t)
1 TI
e(t)dt
TD
de(t ) ] dt
G(s)
U(s) E(s)
16
闭环控制系统在设定值绕动下的阶跃响应
17
衰减比和衰减率
衰减比是衡量一个振荡过程的衰减程度的指标，它等于两个相邻的同向波峰值之比。
衰减比 η=y2/y1 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标是衰减率，它是指每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即衰减率 ψ=(y1-y3)/y1 衰减比与衰减率两者有简单的对应关系，例如衰减比η为4： 1，衰减率ψ=0.75。为了保证系统的稳定度（鲁棒性），在过程控制中，一般要求衰减比为4：1到10：1，这相当于衰减率为75%到90%。这样，大概经过两个周期后趋于稳态。

pid控制方法工作原理

pid控制方法工作原理
PID控制方法是一种经典的自动控制算法，被广泛应用于工业
自动化和机械控制领域。

其工作原理如下：
1. 比例控制（P控制）：根据误差的大小，控制量的变化与误
差成比例。

控制过程中，如果误差增大，则控制量增加；如果误差减小，则控制量减小。

2. 积分控制（I控制）：根据误差的累积值，控制量的变化与
误差累积值成正比。

这意味着，如果误差一直存在且持续增大，控制量将不断增大，从而加速系统的响应速度。

3. 微分控制（D控制）：根据误差的变化率，控制量的变化与误差变化率成比例。

这个控制方式可以预测误差变化的趋势，并相应地调整控制量，以防止过冲和震荡。

PID控制方法通过将比例、积分和微分控制的输出值加权叠加，以实现对被控对象的精确控制。

其中，比例系数、积分时间和微分时间是PID控制中的三个重要参数，需要根据实际应用
的需求进行调整。

通过持续监测被控对象的输出和设定值，PID控制方法可以通
过对控制量的精确调整，使系统能够快速响应并稳定在设定值附近。

同时，PID控制方法也具有良好的适应性和鲁棒性，能
够应对不同工况和系统变化的情况。

自动控制学习笔记ID控制原理

尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID 控制算法其控制效果也各有不同。

模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。

常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。

- +模拟PID控制系统原理图该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

图中， r(t)是给定值， y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t)(te) = r(t) ? y(t) （式1－1）e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

所以模拟PID控制器的控制规律为u(t) =Kp [e(t) +dt+Td] （式1－2）其中：Kp――控制器的比例系数Ti－－控制器的积分时间，也称积分系数Td――控制器的微分时间，也称微分系数1、比例部分比例部分的数学式表示是：Kp*e(t)在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。

偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。

故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。

自动控制学习笔记(PID控制原理)

PID控制原理PID算法就是最早发展起来得控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性(系统抵御各种扰动因素——包括系统内部结构、参数得不确定性,系统外部得各种干扰等得能力)好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制与运动控制中。

尤其就是随着计算机技术得发展,数字PID控制被广泛地加以应用,不同得PID控制算法其控制效果也各有不同。

将偏差得比例(Proportion)、积分(Integral)与微分(Differential)通过线性组合构成控制量,用这一控制量对被控对象进行控制,这样得控制器称PID控制器。

模拟PID控制原理在模拟控制系统中,控制器最常用得控制规律就是PID控制。

常规得模拟PID控制系统原理框图如图所示。

(te) = r(t) − y(t) (式1－1)e (t)作为PID控制得输入,u(t)作为PID控制器得输出与被控对象得输入。

所以模拟PID控制器得控制规律为u(t) =Kp [e(t) +dt+Td](式1－2)其中:Kp――控制器得比例系数Ti－－控制器得积分时间,也称积分系数Td――控制器得微分时间,也称微分系数1、比例部分比例部分得数学式表示就是:Kp*e(t)在模拟PID控制器中,比例环节得作用就是对偏差瞬间作出反应。

偏差一旦产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差得方向变化。

控制作用得强弱取决于比例系数Kp,比例系数Kp越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程得静态偏差也就越小;但就是Kp越大,也越容易产生振荡,破坏系统得稳定性。

故而,比例系数Kp选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定得效果。

2、积分部分积分部分得数学式表示就是:从积分部分得数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它得控制作用就不断得增加;只有在偏差e(t)=0时,它得积分才能就是一个常数,控制作用才就是一个不会增加得常数。

可见,积分部分可以消除系统得偏差。

积分环节得调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统得响应速度,增加系统得超调量。

自动控制学习笔记(PID控制原理)

PID控制原理P1D算法是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性（系统抵御各种扰动因素一一包括系统内部结构、参数的不确定性，系统外部的各种干扰等的能力）好及可靠性高而被广泛地应用于过程控制和运动控制中。

尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。

将偏差的比例（Proportion）＞积分（Integra1）和微分（Differentia1）通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，这样的控制器称PID控制器。

模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是P1D控制。

常规的模拟P1D控制系统原理框图如图所示。

该系统由模拟P1D控制器和被控对象组成。

图中，r（力是给定值，y（力是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e1）（杷）=r（⅛一y（方）（式1—1）e（。

作为PID控制的输入，〃（力作为PID控制器的输出和被控对象的输入。

所以模拟PID控制器的控制规律为u（方）-Kp［e（［）+彳。

&（£）由"若产］（式1—2）其中：Kp——控制器的比例系数Ti——控制器的积分时间，也称积分系数Td-―控制器的微分时间，也称微分系数1、比例部分比例部分的数学式表示是：Kp*e（t）在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。

偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。

控制作用的强弱取决于比例系数比例系数@越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是a越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。

故而,比例系数a选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。

2、积分部分积分部分的数学式表示是：Γ1U从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e（t）=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。

自动控制算法的学习笔记 (PID控制)-V1.01

一. PID调试步骤没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。

现在一些时髦点的调节器基本源自PID。

甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的基础。

为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。

调节PID 的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。

由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。

这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。

下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤：1．负反馈自动控制理论也被称为负反馈控制理论。

首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。

例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。

其余系统同此方法。

2．PID调试一般原则a.在输出不振荡时，增大比例增益P。

b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。

c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。

3．一般步骤a.确定比例增益P确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。

输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。

比例增益P调试完成。

b.确定积分时间常数Ti比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后再反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。

记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。

PID控制的原理及常用口诀总结

PID控制的原理及常用口诀总结来源：互联网[导读]。

PID控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。

PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

关键词：工业控制PIDPID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元比例P（proportion）、积分单元I（integration）和微分单元D（differentiation）组成。

PID控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。

PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

1.PID常用口诀：参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1，一看二调多分析，调节质量不会低2.PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T： P=20~60%，T=180~600s，D=3-180s压力P： P=30~70%，T=24~180s，液位L： P=20~80%，T=60~300s，流量L： P=40~100%，T=6~60s。

3.PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、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。

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，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

PID控制器开发笔记之一：PID算法原理及基本实现

在自动控制中，PID及其衍生出来的算法是应用最广的算法之一。

各个做自动控制的厂家基本都有会实现这一经典算法。

我们在做项目的过程中，也时常会遇到类似的需求，所以就想实现这一算法以适用于更多的应用场景。

1、P ID算法基本原理PID算法是控制行业最经典、最简单、而又最能体现反馈控制思想的算法。

对于一般的研发人员来说，设计和实现PID算法是完成自动控制系统的基本要求。

这一算法虽然简单，但真正要实现好，却也需要下一定功夫。

首先我们从PID算法最基本的原理开始分析和设计这一经典命题。

PID算法的执行流程是非常简单的，即利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。

而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。

其功能框图如下：根据上图我们考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)=rin(t)-rout(t)。

于是PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：其中Kp为比例带，T I为积分时间，T D为微分时间。

PID控制的基本原理就是如此。

2、P ID算法的离散化上一节简单介绍了PID算法的基本原理，但要在计算机上实现就必须将其离散化，接下来我们就说一说PID算法的离散化问题。

在实现离散化之前，我们需要对比例、积分、微分的特性做一个简单的说明。

比例就是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。

积分主要是用来消除静差，所谓静差就是指系统稳定后输入输出之间依然存在的差值，而积分就是通过偏差的累计来抵消系统的静差。

而微分则是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。

在实现离散前，我们假设系统采样周期为T。

假设我们检查第K个采样周期，很显然系统进行第K次采样。

此时的偏差可以表示为err(K)=rin(K)-rout(K)，那么积分就可以表示为：err(K)+err(K+1)+┈┈，而微分就可以表示为：(err(K)- err(K-1))/T。

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。

自动控制学习笔记(PID控制原理)

+r(t)+e(t)+u(t)y(t)-+模拟PID控制系统原理图该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差e(t) (te) = r(t) − y(t) （式1－1）e (t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制器的输出和被控对象1.位置式PID算法由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，而不能像模拟控制那样连续输出控制量量，进行连续控制。

由于这一特点（式1－2）中的积分项和微分项不能直接使用，必须进行离散化处理。

离散化处理的方法为：以T作为采样周期，作为采样序号，则离散采样时间对应着连续时间，用矩形法数值积分近似代替积分，用一阶后向差分近似代替微分，可作如下近似变换：t=kT (k=0，1，2······)上式中，为了表示的方便，将类似于e(kT)简化成ek等。

将上式代入（式1－2），就可以得到离散的PID表达式为（式2－2）或（式2－3）其中k――采样序号，k＝0，1，2，……；――第k次采样时刻的计算机输出值；――第k次采样时刻输入的偏差值；――第k－1次采样时刻输入的偏差值；――积分系数，；――微分系数，；如果采样周期足够小，则（式2－2）或（式2－3）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。

（式2－2）或（式2－3）表示的控制算法式直接按（式1－2）所给出的PID控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式PID控制算法。

这种算法的缺点是：由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有增量式PID控制算法可以通过（式2－2）推导出。

由（式2－2）可以得到控制器的第k－1个采样时刻的输出值为：（式2－4）将（式2－2）与（式2－4）相减并整理，就可以得到增量式PID控制算法公式为：（式2－5）增量式PID控制算法与位置式PID算法（式2－2）相比，计算量小的多，因此在实际中得到广泛的应用。

pid控制器的原理

pid控制器的原理PID控制器是一种经典控制器，它基于系统反馈信息进行控制，以使系统输出根据预设目标值进行调整。

PID控制器的原理可以简要描述为三个组成部分：比例控制、积分控制和微分控制。

1. 比例控制（Proportional Control）：比例控制是基于误差信号的大小与控制输出的直接关系。

控制器根据误差信号的大小，以比例系数Kp调整控制输出，使其与误差信号成比例。

如果误差信号较大，控制输出也较大，从而迅速调整系统；如果误差信号较小，控制输出也较小，使系统保持稳定。

2. 积分控制（Integral Control）：积分控制是用于消除系统中的稳态误差的。

积分控制器根据误差信号的历史累积值与积分系数Ki进行调整，使控制输出随着时间的推移而增加或减少。

当误差信号持续存在时，积分控制作用于系统，逐渐减小误差信号并使系统收敛到目标值。

3. 微分控制（Derivative Control）：微分控制是基于误差信号变化率与控制输出的关系。

微分控制器根据误差信号变化率的大小与微分系数Kd进行调整，以预测系统未来的变化趋势。

通过对误差信号的变化速度进行反馈控制，微分控制器可以提前调整控制输出，减少系统的振荡和超调。

PID控制器将上述三个控制部分综合起来，通过调整比例、积分和微分的权重系数(Kp、Ki、Kd)，以平衡系统的稳定性、收敛速度和阻尼比，实现闭环控制。

其中，比例控制可以快速响应系统，积分控制可以消除稳态误差，微分控制可以提前调整控制输出来减少系统振荡。

PID控制器的主要目标是通过迭代调整控制输出，使系统输出尽可能接近目标值，从而实现精确控制和稳定运行。

PID控制学习笔记整理

PID控制学习笔记整理第一篇：PID控制学习笔记整理一、PID控制原理1．综述：PID是一种线性控制器，它根据给定值rin(t)与实际输出值yout(t)构成控制方案：e(t)=rin(t)-yout(t)重点关注相关算法是如何对偏差进行处理的。

⎛1tde(t)⎫u(t)=kp e(t)+⎰e(t)dt+TD⎪0Tdt⎝1⎭⎛⎫U(s)1 G(s)==kp 1++ TDs⎪⎪E(s)T1s⎝⎭ PID控制器各校正环节的作用如下：比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。

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T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。

微分环节：反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，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，减少调节时间。

2．PID控制算法分类2.1、位置式PID控制算法按模拟PID控制算法，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即：⎧⎪t≈kT(k=0,1,2,3⋯⋯)⎪kk⎪t⎨⎰0e(t)dt≈T∑e(j)=T∑e(j)j=0j=0⎪⎪de( t)e(kT)-e((k-1)T)e(k)-e(k-1)≈=⎪TT⎩dt可得离散表达式：Tu(k)=kp(e(k)+T1kTDe(j)+(e(k)-e(k-1)))∑Tj=0ke(k)-e(k-1)=kpe(k)+ki∑e(j)T+kdTj=0式中，Ki=Kp/Ti, Kd=KpTd, T为采样周期，K 为采样序号，k=1, 2, ……, e(k-1)和e(k)分别为第(k-1)和第k时刻所得的偏差信号。

位置式PID控制系统算法流程：本方法可实现D/A及A/D的功能，符合数字实时控制的真实情况，计算机及DSP的实时PID控制都属于这种情况。

自动控制学习笔记(PID控制原理)(可编辑修改word版)

尤其是随着计算机技术的发展，数字PID控制被广泛地加以应用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。

模拟PID控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。

常规的模拟PID控制系统原理框图如图所示。

模拟PID控制系统原理图该系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

所以模拟PID控制器的控制规律为u(t) =Kp [e(t) +1Ti∫e(t) t0dt+Td de(t)d t]（式1－2）其中：Kp――控制器的比例系数Ti－－控制器的积分时间，也称积分系数Td――控制器的微分时间，也称微分系数1、比例部分比例部分的数学式表示是：Kp*e(t)在模拟PID控制器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出反应。

偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是Kp越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。

故而，比例系数Kp选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。

2、积分部分积分部分的数学式表示是：Kp Ti ∫e (t )t 0从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差e(t)=0时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。

PID控制原理是什么？

PID控制原理是什么？
应用最为广泛的调节器控制规律就是比例、积分、微分控制，即PID控制也可叫PID调节。

其结构简单、稳定性好、工业可靠、调整方便，则成为工业控制的香饽饽。

PID控制原理
在被控对象结构和参数不能完全掌握或得不到准确的一个数学模型，控制理论的其它技术又难适用，就需要经验和现场调试来确定，这时利用PID控制技术最好不过。

利用比例、积分、微分来算出控制量而进行控制。

比例控制
比例控制是最简单的控制方式，比例控制器的输出与输入误差信号成正比例关系。

当只有比例控制，系统输出有稳态误差存在，稳态误差也就是所说的余差。

积分控制
在积分控制中，积分控制器的输出与输入误差信号的积分成正比例关系。

假如一个自动控制系统，进入稳态后还存在余差。

引入积分控制，而积分项误差取决于时间的积分。

当时间增加，积分项误差增加。

即便误差很小，积分项误差随时间的增加而增加，从而控制器输出也增加，使余差进一步减小，直至到零。

因此，积分控制作用就是消除余差。

微分控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比例关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能出现振荡甚至失稳，
主要是由于惯性组件或滞后组件的存在，因此引入微分控制的目的就是就是超前控制。

比较常见的被控变量PID参数的经验数据如下图。

第4章PID控制原理

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S0 K s S0 K G0 (s) Gc (s)Gp (s) e e s s Ts 1 s Ts 1
当输入幅值为A的阶跃信号激励时，其响应的稳态误差：
1 1 A A ess lim s R(s) lim s 0 s 0 1 G ( s ) s 0 1 G ( s ) S 1 0 0
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3. 积分速度对于控制过程的影响
采用 I调节时，控制系统的开环增益与积分速度S0成正比。因此，增大积分速度(即减小积分时间TI)将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散振荡。这是不难理解的，因为 S0越大，则控制阀的动作越快，就越容易引起和加剧振荡，动态偏差越来越大。但与此同时，振荡频率越来越高。被控变量最后没有余差。
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4.3 比例积分控制(PI控制)
4.3.1 积分控制的调节规律
1. 积分控制的输入输出关系在 I调节中，控制器的输出信号变化速度 du/dt与偏差信号e成正比即
du S0e dt
u S0 edt
0
t
式中S0=1/TI称为积分速度。调节器的输出信号的与偏差信号的积分成正比。 Nhomakorabea19
2. 积分控制的特点
第4章 PID控制原理
目录
4.l PID控制的特点 4.2 比例控制(P控制) 4.3 比例积分控制(PI控制) 4.4 比例积分微分控制(PID控制) 4.5 数字PID控制 4.6 利用MATLAB实现PID控制规律本章小结
1
4.l PID控制的特点
PID控制是比例积分微分控制的简称.在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是最常用的控制方式，是历史最久、应用最广和适应性最强的一种基本控制方式。在工业过程控制中，PID控制算法占85%-90%，即使在计算机控制已经得到广泛应用的现在，PID控制仍然是主要的控制算法。

自控原理5PID控制

稳定性下降；
Ti 对系统性能的影响：积分作用增强（Ti 下降），系统
稳态误差减小，但稳定性下降；
Td 对系统性能的影响：微分作用增强（Td 增大），从理
论上讲系统超前作用增强，稳定性加强，但高频噪声放大。因而，微分作用不适合于测量噪声较大的对象。
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PID参数确定
PID参数确定的法则是齐格勒和尼柯尔斯提出的，是在实验阶跃响应的基础上（动态响应法）或者在仅采用比例控制器作用的条件下（临界增益法），根据临界稳定系统的Kp值建立起来。优点：不知道控制对象的数学模型时，这些法则依然有效。因此PID控制在实际中广泛应用。
5 线性系统的校正
基本概念基本PID控制算法 PID参数对控制性能的影响
PID参数确定
1
一、校正的基本概念
系统分析
互逆
系统设计
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1、系统设计
系统设计：当给定被控对象后，根据系统所要完成的
控制任务及对系统的性能要求，可以初步选定组成系统的基本元件，如执行元件，放大元件及测量元件等，然后，将它们和被控对象联接在一起就组成了所要设计的控制系统。这个过程就是控制系统的系统设计。
C(t)
1
K p (1 Td s) C ( s) 2 R(s) Js K pTd s K p
0
t
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比例微分(PD)控制
特点：如果比例微分控制器串联在前向通道上，相当于在系统中增加了一个开环零点，可产生一个超前相位，使系统的相位裕度提高，因而有助于系统动态性能的改善。虽然微分作用不直接影响系统的稳态误差，但它增加了系统的阻尼，因此可以允许采用比较大的增益K值，这将间接地改善系统的稳态精度。结论：微分控制增加的系统的阻尼，有助于改善系统的动态性能。