PID控制器如何调谐?PID控制器发展史了解吗?

控制器" target="_blank">PID控制器将是下述内容的主要介绍对象，通过这篇文章，小编希望大家可以对PID控制器的相关情况以及信息有所认识和了解，详细内容如下。

一、 PID的发展史

首先，我们来简单了解一下PID的发展史。

PID控制理念最早提出是在1932年，出生于瑞典后移民美国的物理学家哈利奈奎斯特(H Nyquist)，在他的一篇论文当中提出了采用图形的方法来判断系统的稳定性。在他的基础上，荷兰裔科学家亨伯德(H W Bode)(对就你想的那个“伯德图/波特图”创始人)等人建立了一整套在频域范围设计反馈放大器的方法，后被用于自动控制系统的分析和设计，这也是PID算法最早从书面走向实践。

与此同时，反馈控制原理开始应用于工业过程中。1936年英国的考伦德(A Callender)和斯蒂文森(A Stevenson)等人给出了 PID控制器的方法，自此PID算法正式形成了，并且后来在自动控制技术中占有非常重要的地位。

随着计算机技术的发展，现在的PID大多是软件控制的，结构大为简化。时至今日，大至武器、飞机、汽车、轮船，小至家电、手机导航、IOT设备、玩具等，凡具有 “自动控制”功能的产品，无一不采用到PID算法或改进的PID算法。例如手机导航靠PID算法准确分析运动状态;无人机靠PID算法稳定飞行姿态。就是类似于这种——需要将某一个物理量“保持稳定”的场合(比如维持平衡，稳定温度、转速等)，PID都会派上大用场。

二、PID控制器的调谐方法

通过上面的介绍，想必大家对PID控制器的发展史有了简单的认识。在这部分，我们主要来了解一下PID控制器的调谐方法。

PID 控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。

在进行PID控制器工作之前，必须对其进行调整以适应要控制的过程的动态。设计者给出P，I和D项的默认值，这些值不能给出期望的性能，有时会导致不稳定性和缓慢的控制性能。开发了不同类型的调节方法来调节PID控制器，并且需要操作人员的大量关注以选择比例，积分和微分增益的最佳值。其中一些在下面给出。

试验和错误方法：这是一种简单的PID控制器调整方法。当系统或控制器正在工作时，我们可以调整控制器。在这种方法中，首先我们必须将Ki和Kd值设置为零，并增加比例项(Kp)，直到系统达到振荡行为。一旦振荡，调整Ki(积分项)，使振荡停止，最后调整D以获得快速响应。

过程反应曲线技术：这是一种开环调整技术。当步骤输入应用于系统时，它会产生响应。最初，我们必须手动将一些控制输出应用于系统，并且必须记录响应曲线。

之后，我们需要计算曲线的斜率，死区时间，上升时间，最后用P，I和D方程代替这些值，得到PID项的增益值。

Zeigler-Nichols方法： Zeigler-Nichols提出了用于调节PID控制器的闭环方法。这些是连续循环法和阻尼振荡法。这两种方法的程序是相同的，但振荡行为是不同的。在这里，首先我们必须设置p-控制器常数Kp为特定值，而Ki和Kd值为零。比例增益增加，直到系统以恒定幅度振荡。

系统产生恒定振荡的增益称为最终增益(Ku)，振荡周期称为极限周期(Pc)。一旦达到，我们就可以通过Zeigler-Nichols表在PID控制器中输入P，I和D的值，取决于像P，PI或PID这样的控制器。

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