什么是PID控制

1。简介

PID控制（比例综合分辨率控制）是一种广泛用于工业自动化和控制系统的反馈控制算法。它调整了控制器的输出，以使受控对象的输出值（受控数量）尽可能接近预期值（设置值）。 PID控制因其简单，有效且易于实施而广泛用于各种工业和工程领域。

2。PID控制原理

（i）基本概念

PID控制器是基于反馈的控制器，可根据设定值和实际测量值之间的偏差（误差）调整控制量。 PID控制器的核心是通过三种调整方法消除错误：比例（p），积分（i）和差异（d），从而实现对系统的精确控制。

比例（P）控制：比例控制调整控制量与误差幅度成比例。误差越大，调整的控制量越大。公式为：u（t）=kp·e（t）

其中kp是比例增益，而e（t）是误差。

积分（i）控制：积分控制通过积累过去的错误来调整控制量，目的是消除稳态错误。公式为：u（t）=ki0te（）d

其中，Ki是不可或缺的收益。

差分（d）控制：差分控制根据误差的变化率调节控制量，该误差率主要用于预测误差的变化趋势，从而快速调整控制量。公式为：u（t）=kddtde（t）

其中kd是差异增益。

（ii）PID控制器的综合公式

PID控制器结合了三种控制方法：比例，积分和差异形成全面的控制公式：

u（t）=kp·e（t）+ki0te（）d+kddtde（t）

在：

u（t）是控制器的输出。 e（t）是设定值和实际值之间的误差。 KP，KI和KD分别是比例，积分和差异增益。 （iii）PID控制的作用

比例控制：快速响应误差，但稳态误差可能无法完全消除。积分控制：消除稳态错误，但可能导致系统响应缓慢。差分控制：预测错误的趋势不断变化，加快了系统响应速度并提高了系统的稳定性。通过合理地调整KP，KI和KD的值，PID控制器可以平衡快速响应和系统稳定性。

3。PID控制的应用位置

（i）工业自动化

温度控制：在加热炉，空调系统等中，PID控制器可以根据温度传感器的实时温度和设定温度反馈之间的偏差来调整加热器的功率，从而实现准确的温度控制。压力控制：在液压系统和气动系统中，PID控制器可以根据压力传感器的反馈信号来调整阀门的打开，以保持系统压力的稳定性。液位控制：在液位控制系统（例如储罐和水塔）中，PID控制器可以根据液态液位传感器的反馈信号来调整水入口或排水阀的打开，以确保液位保持在设定范围内。 （ii）机器人技术

运动控制：在机器人的关节控制中，PID控制器可以根据接头的角度反馈信号来调节运动速度和扭矩，以实现准确的运动轨迹控制。态度控制：在无人机的态度控制下，PID控制器可以根据陀螺仪和加速度计的反馈信号来调整电动机的旋转速度，以保持无人机的稳定飞行。 （iii）汽车电子产品

发动机控制：在发动机管理系统中，PID控制器可以根据氧气传感器的反馈信号来调整燃油喷射量，优化燃烧效率并减少排气排放。自动驾驶：在自主驾驶系统中，PID控制器可以根据传感器反馈信号（例如车辆的速度和距离）来调整车辆的加速度和转向角度，以实现安全稳定的自动驾驶。 （iv）其他字段

航空航天：PID控制器广泛用于飞机飞行姿态控制，发动机推力控制和其他场合。化学过程控制：在化学生产过程中，PID控制器用于控制反应器的温度，压力，流量和其他参数，以确保生产过程的安全性和效率。 iv。 PID控制的计算公式

（i）连续时间PID控制器

在连续的时间系统中，PID控制器的输出公式为：

u（t）=kp·e（t）+ki0te（）d+kddtde（t）

在：

u（t）是控制器的输出。 e（t）是设定值和实际值之间的误差。 KP是比例收益。 Ki是不可或缺的收益。 KD是不同的收益。 （ii）离散时间PID控制器

在实际应用中，控制系统通常是一个离散的时间系统。离散时间PID控制器的输出公式为：

u [k]=kp·e [k]+kii=0 ke [i]+kd（e [k] -e [k -1]）

在：

U [K]是KTH时刻的控制器输出。 E [K]是KTH时刻的错误。 KP是比例收益。 Ki是不可或缺的收益。 KD是不同的收益。 （iii）调整PID参数

比例增益（KP）：增加KP可以加快系统的响应速度，但是过度的KP可能会导致系统振荡。积分增益（KI）：增加KI可以消除稳态错误，但是过多的Ki会导致系统过冲。差异增益（KD）：增加KD可以抑制系统振荡，但是过度KD可能导致系统对噪声敏感。 5。图表控制的示例

（i）PID控制的框图

PID控制系统的框图如下：

（ii）PID控制的效果图

以下是温度控制系统中PID控制的渲染：

6。摘要