在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱 pid控制，又稱 pid 調節。pid 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控物件的結構和引數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以採用時，系統控制器的結構和引數必須依靠經驗和現場除錯來確定，這時應用 pid 控制技術最為方便。即當我們不完全了解乙個系統和被控物件，或不能通過有效的測量手段來獲得系統引數時，最適合用 pid 控制技術。pid 控制，實際中也有 pi 和 pd 控制。pid 控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
系統的感測器得到的測量結果 控制器作出決定 通過乙個輸出裝置來作出反應 控制器從感測器得到測量結果，然後用需求結果減去測量結果來得到誤差。然後用誤差來計算出乙個對系統的糾正值來作為輸入結果，這樣系統就可以從它的輸出結果中消除誤差。 在乙個 pid 迴路中，這個糾正值有三種演算法，消除目前的誤差，平均過去的誤差，和透過誤差的改變來**將來的誤差。 比如說，假如乙個水箱在為乙個植物提供水，這個水箱的水需要保持在一定的高度。乙個感測器就會用來檢查水箱裡水的高度，這樣就得到了測量結果。控制器會有乙個固定的使用者輸入值來表示水箱需要的水面高度，假設這個值是保持65％的水量。控制器的輸出裝置會連在乙個馬達控制的水閥門上。開啟閥門就會給水箱注水，關上閥門就會讓水箱裡的水量下降。這個閥門的控制訊號就是我們控制的變數，它也是這個系統的輸入來保持這個水箱水量的固定。
pid 控制器可以用來控制任何可以被測量的並且可以被控制變數。比如，它可以用來
控制溫度，壓強，流量，化學成分，速度等等。
pid 調節原理如下：
乙個自動控制系統要能很好地完成任務，首先必須工作穩定，同時還必須滿足調節過程的質量指標要求 即：系統的響應快慢、穩定性、最大偏差等。很明顯，自動控制系統總希望在穩定工作狀態下，具有較高的控制質量，我們希望持續時間短、超調量小、擺動次數少。為了保證系統的精度，就要求系統有很高的放大係數，然而放大係數一高，又會造成系統不穩定，甚至系統產生振盪。反之，只考慮調節過程的穩定性，又無法滿足精度要求。因此，調節過程中，系統穩定性與精度之間產生了矛盾。
如何解決這個矛盾，可以根據控制系統設計要求和實際情況，在控制系統中插入「校正網路」，矛盾就可以得到較好解決。這種「校正網路」，有很多方法完成，其中就有 pid 方法。
簡單的講，pid「校正網路」是由比例積分 pi 和比例微分 pd"元件組"成的。為了說明問題，這裡簡單介紹一下比例積分 pi 和比例微分 pd。
微分：
從電學原理我們知道，見圖 2，當脈衝訊號通過 rc 電路時，電容兩端電壓不能突變，電流超前電壓 90°，輸入電壓通過電阻 r 向電容充電，電流在 t1 時刻瞬間達到最大值，電阻兩端電壓 usc 此刻也達到最大值。隨著電容兩端電壓不斷公升高，充電電流逐漸減小，電阻兩端電壓 usc 也逐漸降低，最後為 0，形成乙個鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路，由於它對階躍輸入訊號前沿「反應」激烈，其性質有加速作用。
積分：
再來看圖 3，脈衝訊號出現時，通過電阻 r 向電容充電，電容兩端電壓不能突變，電流在t1 時刻瞬間達到最大值，電阻兩端電壓此刻也達到最大值。電容兩端電壓 usc 隨著時間 t不斷公升高，充電電流逐漸減小，最後為 0，電容兩端電壓 usc 也達到最大值，形成乙個對數曲線。這種電路稱為積分電路，由於它對階躍輸入訊號前沿「反應」遲緩，其性質是「阻尼」緩衝作用。
插入校正網路的情況
首先討論自動控制系統引入比例積分 pi 的情況，見圖 4。曲線 pi（1）對階躍訊號的響應特性曲線，當 t=0 時，pi 的輸出電壓很小，（由比例係數決定）當 t>0 時，輸出電壓按積分特性線性上公升，系統放大係數 ue 線性增大。這就是說，當系統輸入端出現大的誤差時，控制輸出電壓不會立即變得很大，而是隨著時間的推移和系統誤差不斷地減小，pi 的輸出電壓不斷增加，既，系統放大係數 ue 不斷線性增大。我們稱這種特性為系統阻尼。決定阻尼係數因素是 pi 比例係數和積分時間數。要不斷提高控制系統的質量，就要不斷改變 pi比例係數和積分時間常數。
再討論控制系統引入比例微分 pd 的情況，見圖 4。曲線 pd（2）對輸入訊號的響應特性曲線，當 t=0 時，pd 使系統放大係數 ue 驟增。這就是說，當系統輸入端出現誤差時，控制輸出電壓會立即變大。我們稱這種特性為加速作用。可以看出，過強的微分訊號會使控制系統不穩定。所以在使用中，必須認真調節 pd 比例係數和微分時間常數。
為妥善解決系統穩定性與精度之間的矛盾，往往將比例積分 pi 與比例微分 pd 組合使用，形成「校正網路」，也稱 pid 調節。pid 調節特性曲線 pid（3）（圖 4），是 pi、pd 特性曲線合成的。適當的調節 pi、pd 上述各係數，就能保證控制系統即快又穩的工作。
結論：
pid 調節器實際是乙個放大係數可自動調節的放大器，動態時，放大係數較低，是為了防止系統出現超調與振盪。靜態時，放大係數較高，可以蒱捉到小誤差訊號，提高控制精度。
PID引數調節過程
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如何 調節 PID 增益
pid 控制器的 p 增益將設定整個系統的響應。在第一次調節控制器時，i 增益和d 增益都應該設定為零。然後可以增加p 增益，直到系統能夠很好地響應設定點的變 化，且沒有出現過多的過衝或振盪。使用較低的 p增益值會較 松 地控制系統，而較高的值則會較 緊 地控制系統。目前，系統可能不會達到設定點。在...
pid演算法 pid控制原理
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