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PID控制 主讲：David Fu 2006/3/22 § 1 PID控制简介 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。 同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能 控制理论三个阶段。 自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出 接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构,加到被控系统上;控制 系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的 控制系统,其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产 品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品， 各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控 制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。 有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控 制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 1.1 开环控制系统 开环控制系统是指被控对象的输出(被控制量)对控制器的输出没有影 响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回 路。 1.2 闭环控制系统 闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影 响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负 反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈，若极性相 同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控 制系统。 1.3 阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入加到系统上时，系统的输出。稳态误 差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制 系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性， 一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是 收敛的;准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来描述， 它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性， 通常用上升时间来定量描述。 1.4 PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微 分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70 年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工 业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或 得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控 制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控 制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通 过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控 制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用 比例、积分、微分计算出控制量进行控制