PID控制原理说明与图解

PID是比例、积分、微分的简称。一般常用于温度，速度等标量的控制，应用PID控制的系统存在对这些数值进行感测的传感器，又存在一个设定的目标值，这一种系统称为闭环控制系统（closed-loop control system）。

 

系统中三个数值的设定影响调整的过程消耗的时间，调整次数多少等

 

1. 比例（proportion）

这里用温度来举例说明。

假设目前温度为x，而设定温度为X

 

 

 

 

 

 

为了达到X我们需要调整功率，以让温度上升，那么每次调整后系统都会再次采样目前的温度x，并再次调整，调整的程度与误差呈现一个正比例。这里的采样间隔时间是相同的。

 

 

 

然而有可能调整超出我们设定的温度，因此系统就需要往回调整，以保证温度最接近设定温度值

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

这里比例（Proportion）的大小就决定了单次调整的程度多少，比例越大，系统越快达到设定温度，但是过大却可能造成在设定温度附近来回调整增加调整时间，这一情况称为震荡。

 

 

 比例数值越大，调整速度越快，但震荡的范围也就越大

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.积分（integral）

 

因为温度的变化不是立刻就发生而是有一个上升的过程，因此在调整过程中温度呈现一个曲线。由上一步中对于比例的说明可以知道，系统是在不断采样并进行调整的，因此最终就呈现一个以时间为基准的积分过程，不断进行调整以使得温度稳定在一个值，当稳定在这个值消除误差的时候，积分为‘0’。

 

积分数值越小，积分的作用越强，控制速度越快，但是却可能导致系统调整滞后，如果太大，则会导致系统调整效果不明显

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.微分（derivative）

 

系统控制过程中往往有可能会在目标数值附近不断震荡，因为比例调节的作用有限，一些具有延迟（比如说加热棒）的器件就很容易出现这样的情况。

 

微分与系统的变化率呈现正比，如果上一时刻设定输出在一个较高数值，可以在具有延迟效应的器件未达到设定值之前降低输出，以使得温度稳定在一定值，提前控制误差，这就是PID中微分的作用。