PID控制原理及控制框图说明

　　PID是一种控制算法，它的中文名称是比例积分微分控制。

　　这种控制的基本思路是根据偏差的大小运用比例、积分、微分计算出一个控制量，将这个控制量输入被控制的系统，系统接收到该输入量后会输出一个相应的输出量，PID控制器再检测该输出量，并再计算偏差，然后再循环以上过程，以下就是控制框图。这里P,I,D并不是都要加上去的，有时只用P或者只用PI。

　　上面的描述对初学者可能比较不好理解，下面用一个例子在结合上面的控制框图做一下说明，可能会对理解有帮助。

　　这个例子的场景是: 你在用煤气灶烧一壶水，让人蛋疼的不是让你把水烧开，而是要你把水加热到50度，并一直保持在50度。这个场景中给你配了温度计，你能看到水温是多少度。你可以控制的只有煤气灶的阀门开度，从而控制火的大小，并且每隔一定的时间——如一分钟——调一次阀门开度。

　　结合上面的控制框图，把水温控制在50度，即框图中的设定值Set point value就是50度；通过温度计测到的水温就是被控系统的输出，即图中的y(t)；Set point value-y(t)就是偏差e(t)；你的大脑现在就是PID控制器；你调节的煤气灶阀门开度就是被控系统的输入量，即u(t)；调节阀门开度的间隔为控制器的采样时间；

　　比例控制作用

　　刚开始是你发现水温接近0度，这时我想你会把阀门开到最大，以便快速的升温，当水温慢慢接近50度，阀门的开度也响应的慢慢关小，当水温达到50度或以上时就把火关了。当火关了后水温可能就很快又降下来，然后你又打开煤气灶，如此反复操作，水温在50度上下波动。如果操作的间隔过大，温度的波动就哎，好累啊，这就是比例控制的作用。

　　微分控制作用

　　上面的控制法中，你发现虽然水温可以控制在50度附近，温度在50度上下波动。为了不让温度超过50度太多，即不要超调太多，你可能会考虑关注水温的上升斜率，如果升温上升的太快，你可能会相应的调小阀门开度，让火稍小一点，这样处理的结果可能是水温超过50度不是很多，但相应的水温上升时间变长了。这个就是微分控制的作用。

　　积分控制作用

　　有时有通过以上两种控制后可能会出现水温已经稳定了，但精度不是很高，比如稳定在49度或者52度。积分控制的作用是提高控制，积分控制的输出与偏差的累积和有关，当水温稳定为50后偏差为零时，积分控制的输出是一个常数，而比例控制和微分控制的输出为零。