pid控制器的优缺点_pid控制器的作用

　　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。

　　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”。

　　PID控制中有P、I、D三个参数，只有明白这三个参数的含义和作用才能完成控制器PID参数整定，让控制器到达最佳控制效果。昌晖仪表在本文给大家介绍PID控制中P、I、D参数的作用。

　　比例作用：

　　比例控制器实际上就是个放大倍数可调的放大器，即△P=Kp×e，式中Kp为比例增益，即Kp可大于1，也可小于1；e为控制器的输入，也就是测量值与给定值之差，又称为偏差。

　　要说明的是，对于大多数模拟控制器而言，都不采用比例增益Kp作为刻度，而是用比例度来刻度，即δ=1/Kc×100%。也就是说比例度与控制器的放大倍数的倒数成比例；控制器的比例度越小，它的放大倍数越大，偏差放大的能力越大，反之亦然。

　　明白了上述关系，就可知道比例度（即比例带）越大，控制器的放大倍数越小，被控参数的曲线越平稳；比例度越小，控制器的放大倍数越大，被控参数的曲线越波动。

　　比例控制有个缺点，就是会产生余差，要克服余差就必须引入积分作用。

　　积分作用：

　　控制器的积分作用就是为了消除自控系统的余差而设置的。所谓积分，就是随时间进行累积的意思，即当有偏差输入e存在时，积分控制器就要将偏差随时间不断累积起来，也就是积分累积的快慢与偏差e的大小和积分速度成正比。只要有偏差e存在，积分控制器的输出就要改变，也就是说积分总是起作用的，只有偏差不存在时，积分才会停止。

　　对于恒定的偏差，调整积分作用的实质就是改变控制器输出的变化速率，这个速率是通过积分作用的输出等于比例作用的输出所需的一段时问来衡量的。积分时间小，表示积分速度大，积分作用就强；反之，积分时问大，则积分作用就弱。如果积分时间无穷大，表示没有积分作用，控制器就成为纯比例控制器。

　　实际上积分作用很少单独使用，通常与比例作用一起使用，使其既具有把偏差放大（或缩小）的比例作用，又具有将偏差随时间累积的积分作用，且其作用方向是一致的。这时控制器的输出为：△P=Ke+△Pi，式中△P为控制器输出值的变化；Ke为比例作用引起的输出；△Pi为积分作用引起的输出。

　　微分作用：

　　微分作用主要是用来克服被控对象的滞后，常用于温度控制系统。除采用微分作用外，在使用控制系统时要注意测量传送的滞后问题，如温度测量元件的选择和安装位置等。

　　在常规PID控制器中，微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关，偏差变化的速度越大，微分时间越长，则微分作用的输出变化越大。但如果微分作用过强，则可能由于变化太快而由其自身引起振荡，使控制器输出中产生明显的“尖峰”或“突跳”。为了避免这一扰动，在PID调节器和DCS中可使用微分先行PID运算规律，即只对测量值PV进行微分，当人工改变控制器的给定值SP时，不会造成控制器输出的突变，避免了改变SP的瞬间给控制系统带来的扰动。如TDC-3000，则在常规PID算法中增加一个软开关，组态时供用户选择控制器对偏差、还是测量值进行微分。

　　当输入阶跃信号后，微分器一开始输出的最大变化值与微分作用消失后的输出变化的比值就是微分放大倍数Kd，即微分增益，微分増益的单位是时间，设置微分时间（或者微分增益）为零会取消微分的功能。

　　为便于记住比例、积分、微分三个作用，特抄录三个顺口溜供大家参考。

　　比例作用顺口溜：

　　比例州节器，像个放大器；

　　一个偏差来，放大送出去；

　　放大是多少，旋钮看仔细；

　　比例度旋大，放大倍数低。

　　积分作用顺口溜：

　　重定调节器，累积有本领；

　　只要偏差在，累积不停止；

　　累积快与慢，旋钮看仔细；

　　积分时间长，累积速度低。

　　微分作用顺口溜：

　　说起微分器，一点不神秘；

　　阶跃输入来，输出跳上去；

　　下降快与慢，旋钮看仔细；

　　微分时间长，下降就慢些。