你搞懂PID控制原理没?PID控制器有哪些优缺点?

在早期的控制系统中，PID控制也是唯一的自动控制方式。由此可见，PID是多么的重要。为增进大家对PID的认识，本文将对PID控制原理、PID的优缺点以及PID的发展予以介绍。如果你对PID具有兴趣，不妨和小编一起继续往下阅读哦。

一、PID控制原理

PID控制器通过测量系统的实际输出值与期望输出值之间的误差，利用比例、积分和微分三个参数计算控制量，以调节系统的输入量，使输出值尽可能接近期望值。具体来说，P项用来补偿误差大小，I项用来补偿误差持续时间，D项用来补偿误差变化率，三者的综合调节可以使系统快速稳定地达到期望状态，并且具有较好的鲁棒性和自适应能力。

PID控制的基本原理是通过测量控制系统的实际输出与期望输出之间的误差，并根据比例、积分和微分三个参数计算控制量，调整系统的输入，使输出尽可能接近期望值。

具体来说，PID控制器的三个控制项分别是比例项(P项)、积分项(I项)和微分项(D项)。

比例项(P项)：通过将误差与一个比例常数相乘，得到一个控制量，该控制量与误差成正比。P项的作用是使控制量与误差呈线性关系，比例常数的大小决定了系统的响应速度和稳定性。

积分项(I项)：通过将误差与一个积分常数相乘，得到一个控制量，该控制量与误差积分之和成正比。I项的作用是消除误差的持久性，防止系统处于稳态误差状态。

微分项(D项)：通过将误差与一个微分常数相乘，得到一个控制量，该控制量与误差的变化率成正比。D项的作用是消除误差的瞬时变化，增强系统的稳定性和控制精度。

三个项的综合作用，可以根据误差大小、持久性和变化率，快速、准确地调节系统的输入，使输出值稳定地达到期望状态。PID控制器通常会根据具体的应用情况和系统要求，对三个项的比例、积分和微分常数进行调整，以达到最优的控制效果。

PID控制器广泛应用于各种工业控制、自动化系统和机器人等领域，例如温度控制、压力控制、位置控制等。

二、 PID的优缺点

由PID原理介绍及当前应用情况可知，PID算法具有原理简单，且易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点，这也是工业广泛采用PID控器的原因。并且有人已在理论上证明，对于过程控制的典型对象——“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。

尽管PID控制器有诸多的优点，但是它也具有天然的缺陷——P、I、D三者之间是线性组合关系，导致系统总是会出现“超调”、“震荡”等问题，而现有的数学工具还是不足以支撑我们找到一个“通解”。体现在实际的应用中，由于被控过程往往机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后等特点，特别是在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化，最终导致系统无法满足控制需求。

2002年美国的一次统计报告中指出，目前美国有超过11600个具有PID控制器结构的调节器，然而只有1/3的PID控制器在实际应用中取得了令人满意的控制效果，2/3的PID控制系统的控制性能达不到用户所期望的要求。

三、 PID的发展

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。

经由小编的介绍，不知道你对PID是否充满了兴趣?如果你想对它有更多的了解，不妨尝试度娘更多信息或者在我们的网站里进行搜索哦。