你了解PID的过去和未来吗?PID有什么优缺点?

PID控制器可以用来控制任何可以被测量的并且可以被控制的变量。比如，它可以用来控制温度，压强，流量等等。为增进大家对PID 的认识，本文将对PID的发展、PID的优点、PID的缺点予以介绍。如果你对PID具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、PID的发展

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。

在实际应用中，人们通过对PID控制结构的一些改进来提高控制性能，如对积分环节的改进，得到积分分离PID控制算法、遇限削弱积分PID控制算法等;对微分环节的改进，得到不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法、带死区的PID控制算法等。他们在不同程度上克服了传统PID的缺点。如积分分离算法克服了积分饱和，可以显著降低系统的超调，缩短过渡时间。

因此，如何成功的把PID性控制器用于复杂对象的控制上，如何在理论上对各类模型(如模糊模型、小波模型、非参数预测模型及其它人工智能模型等)的工作机理进行更深的认识，使得PID控制器的设计方法更趋于结构化，从而构造出更快、更正确的自适应机制，进而构造出更有效地智能自适应PID控制器。随着计算机技术的发展和传感器集成化程度的提高，智能PID控制将是未来发展方向。

二、 PID的优缺点

1、PID的优点

PID控制器成为应用最广泛的控制器，它具有以下优点：

1)PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在、将来的主要信息，而且其配置几乎最优。其中，比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此3种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，得到良好的效果。

2)PID控制适应性好，有较强的鲁棒性，对各种工业场合，都可在不同的程度上应用。特别适于“一阶惯性环节+纯滞后”和“二阶惯性环节+纯滞后”的过程控制对象。

3)PID算法简单明了，各个控制参数相对较为独立，参数的选定较为简单，形成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握。

4)PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID算法。例如，为了克服微分带来的高频干扰的滤波PID控制;为克服大偏差时出现饱和超调的PID积分分离控制;为补偿控制对象非线性因素的可变增益PID控制等。这些改进算法在一些应用场合取得了很好的效果。同时当今智能控制理论的发展，又形成了许多智能PID控制方法。

2、pid控制器的缺点

PID的缺陷，概括起来就是信号处理太简单、未能充分发挥其优点，具体说来，有四个方面：

(1)产生误差的方式不太合理控制目标v在过程中可以“跳变”，但是被控对象输出Y的变化都有惯性，不可能跳变，要求让缓变的变量y来跟踪能够跳变的变量v，初始误差很大，易引起超调，很不合理。

(2)误差的微分信号的产生没有太好的办法由于微分器物理不可实现，只能近似实现，常用的近似微分器的形式为

(3)误差积分反馈的引入有很多负作用在PID控制中，误差积分反馈的作用是消除静差，提高系统响应的准确性，但同时误差积分反馈的引入，使闭环变得迟钝，容易产生振荡，易产生由积分饱和引起的控制量饱和。

(4)线性组合不一定是最好的组合方式PID控制器给出的控制量是误差的现在、过去、将来三者的线性组合。大量工程实践表明，线性组合不一定是最好的组合方式，能否在非线性领域找到更合适的组合方式是值得探索的。

对于PID存在的这些缺陷，相应的解决办法是：(1)安排合适的“过渡过程”;(2)合理提取“微分——“跟踪微分器;(3)探讨“扰动估计办法一“扩张状态观测器;(4)探讨合适的组合方法一“非线性组合”。

以上就是小编这次想要和大家分享的有关PID的内容，希望大家对本次分享的内容已经具有一定的了解。如果您想要看不同类别的文章，可以在网页顶部选择相应的频道哦。