pid控制器工作原理

　　PID控制器广泛应用于工业过程控制。工业自动化领域的大约95％的闭环操作使用PID控制器。控制器以这样一种方式组合，即产生一个控制信号。作为反馈控制器，它将控制输出提供到所需的水平。在微处理器发明之前，模拟电子元件实现了PID控制。但是今天所有的PID控制器都是由微处理器处理的。可编程逻辑控制器也有内置的PID控制器指令。

　　通过使用低成本的简单开关控制器，只有两种控制状态是可能的，例如全开或全关。它用于有限的控制应用，这两个控制状态足够控制目标。然而，这种控制的振荡特性限制了其使用，因此正在被PID控制器所取代。

　　PID控制器保持输出，使得通过闭环操作在过程变量和设定点/期望输出之间存在零误差。PID使用三种基本的控制行为，下面将对此进行说明。

　　P-控制器：

　　比例或P-控制器给出与电流误差e（t）成比例的输出。它将期望值或设定值与实际值或反馈过程值进行比较。得到的误差乘以比例常数得到输出。如果错误值为零，则该控制器输出为零。

　　此控制器在单独使用时需要偏置或手动重置。这是因为它从来没有达到稳定状态。它提供稳定的操作，但始终保持稳定状态的错误。当比例常数Kc增加时，响应速度会增加。

　　I-控制器

　　由于p-控制器在过程变量和设定点之间总是存在偏差，所以需要I-控制器，这就提供了必要的动作来消除稳态误差。它集成了一段时间的误差，直到误差值达到零。它对最终控制装置的误差为零的值保持不变。

　　当发生负面误差时，积分控制会降低其输出。它限制了响应速度，影响了系统的稳定性。响应的速度通过减小积分增益Ki而增加。

　　在上图中，随着I控制器的增益减小，稳态误差也逐渐减小。对于大多数情况下，PI控制器尤其适用于不需要高速响应的场合。

　　当使用PI控制器，I-控制器输出被限制在一定程度的范围内，克服了积分饱和，其中积分输出的推移，即使在零误差状态增加时，由于在所述植物的非线性的条件。

　　d-控制器

　　I-控制器不具备预测错误未来行为的能力。所以一旦设定值改变，它就会正常反应。D控制器通过预测未来的错误行为来克服这个问题。其输出取决于误差相对于时间的变化率，乘以微分常数。它为输出提供启动，从而增加系统响应。

　　在上图中，D控制器的响应比PI控制器多，输出的建立时间也减少。它通过补偿由I控制器引起的相位滞后来提高系统的稳定性。增加微分增益会提高响应速度。