今天我就以图文并茂的形式给大家解释一下什么是PID。PID参数的作用有哪些？PID会用在什么场合？快来一起学习吧！
PID是什么？比例积分微分PID是一种非常常用的控制算法。
PID已有107年的历史。
它这不是什么神圣的事情。大家肯定都看到了PID的实际应用。
比如四轴飞行器，平衡车，汽车的巡航控制，3D打印机上的温度控制器。
它与此类似：PID在必要时会派上用场保持一定的物理量稳定(比如保持平衡，稳定温度，转速等。).
然后这里问题是：
例如，我想控制一个热快并且保持一壶水的温度在50。这么简单的任务，为什么要用微积分的理论？
你一定在想：
不是没那么容易~让它热起来的时候小于50度时，关闭电源。s大于50度，不是吗不是吗？几行代码是用Arduino分钟写的。
那说的对~要求不高的情况下真的可以这么做~但是！换一种说法，你就知道问题出在哪里了：
如果我的控制对象是一辆车呢？
如果你想让车速保持在50公里/小时，不要你不敢做这件事。
想象一下，如果一辆汽车巡航控制计算机在某一时间检测到45km/h的速度。它立刻命令引擎加速！
结果对方发动机突然100%全油门，车突然加速到60 km/h。
这时，电脑再次发出命令：刹车！
结果，吱..哇..(乘客吐槽)
因此，在大多数场合，用来控制一个物理量是比较简单粗暴的。切换值。有时候，它可以不稳定。因为单片机和传感器不是无限快，采集和控制需要时间。
而且，被控对象具有惯性。例如，如果你拔掉加热器的插头，它的余热(即热惯性)可能会暂时进一步升高水温。
三个控制环节的作用让下面只说PID控制器最基本的三个参数：kP，kI，kD。
kP的作用，p，就是比例。它的作用最明显，原理最简单。让让我们先谈谈这个：
所需的量，如水温，有其当前当前值我们期待的目标值。
当两者相差不大时，让加热器轻轻地加热它。
如果由于某种原因，温度下降很多，让加热器加热它稍微用力一点。
如果当前温度远低于目标温度，让加热器开足马力。并且让水温尽快达到目标。
这就是p的作用，对比开关控制方式，是温柔很多吗？
当实际编写程序时，让偏差(目标值减去当前值)和调整强度的调节装置建立线性函数关系，而最基本的比例控制是可以实现的~
kP越大，调控越激进，kP越小，调控越保守。
如果你在做一个平衡车，有了P的功能，你会发现平衡车疯狂地摇晃在平衡角附近来回，很难稳定。
如果你已经到了这一步，——恭喜你！它距离成功只有一小步~
kD的作用和D的作用比较好理解，所以让咱们先谈D，最后谈I。
刚才我们有P的功能。它不难发现，只有P可以使平衡站起来，水温被控制得摇摆不定，好像整个系统不是特别稳定，总是摇晃。
在你的头脑中想象一个弹簧：现在它处于平衡位置。拉它，然后放开。然后会抖。因为阻力很小，所以可能会振荡很长时间才再次停在平衡位置。
想象一下：如果上图所示的系统浸在水中，也把它拉一下：这样的话，再次停在平衡位置所需的时间会少得多。
我们需要一个控制函数来使改变速度被控物理量趋于零，即类似于阻尼。
因为，越靠近目标，P的控制效果越小。越接近目标，P的作用越平缓。有许多内部或外部因素使控制量在小范围内摆动。
D的作用是使物理量的速度趋于零。每当这个量有一个速度，D就会反方向发力，尽力阻止这种变化。
参数kD越大，速度反方向的制动力越强。
如果它一个平衡小车，加上P和D两个控制功能，如果参数调整得当，应该能立起来~加油！
等等，PID三兄弟好像还有一个。看起来PD可以保持物理量稳定，那为什么还需要I呢？
因为我们忽略了一个重要的情况：
以热水为例。假设有人把我们的取暖设备拿到一个很冷的地方，开始烧水。需要烧到50。
在P的作用下，水温缓慢上升。升到45的时候，他发现了一个不好的事情：太冷了，水散的速度和P控加热的速度相当。
我能怎么做呢？
P哥是这样想的：我我离目标很近了，只要轻轻加热。
D哥是这样想的：加热和散热相等，温度不波动。我不似乎不需要调整任何东西。
结果水温永远停留在45，永远达不到50。
作为一个人，根据常识，我们知道加热功率应该进一步增加。但是怎么算涨幅呢？
前辈们想的方法真的很巧妙。
设置一个积分。只要偏差存在，就会不断整合(积累)并体现在调整力度上。
这样，即使45和50相差不太大，只要没有达到目标温度，积分也会随着时间增加。系统会慢慢意识到，在达到目标温度之前，是时候加大功率了！
达到目标温度后，假设温度不波动，积分值不会再变化。此时，加热功率仍然等于散热功率。然而，温度稳定在50。
kI值越大，积分时间倍增系数越大，积分效果越明显。
因此，I的作用是减少静态下的误差，使被控物理量尽可能接近目标值。
我在使用的时候还有一个问题：你需要设置积分极限。以防止在加热开始时积分过大而难以控制。
PID控制原理1、比例(P)控制比例控制是最简单的控制方式。控制器的输出与输入误差信号成比例。当只有比例控制时，系统输出有稳态误差。
2、积分(一)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。对于一个自动控制系统来说，如果进入稳态后出现稳态误差，则该控制系统称为稳态误差或简称为微分系统。为了消除稳态误差积分项必须引入控制器。积分项对的误差取决于对时间的积分，积分项会随着时间的增加而增加。这样，即使误差很小，积分项也会随时间增加，从而推动控制器的输出增加，进一步减小稳态误差，直至等于零。因此，比例积分(PI)控制器可以使系统进入稳态后无稳态误差。
3、微分(D)控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比。自动控制系统在克服误差的调节过程中，可能会出现振荡甚至失稳。
原因是存在大惯性分量(环节)或滞后分量，可以抑制误差，其变化总是滞后于误差的变化。
解决方法是前进误差抑制效果的变化，即当误差接近零时，误差抑制效果应为零。也就是说，仅仅介绍比例输入控制器。比例项的作用只是放大误差的幅度，但目前需要加上的是微分项，可以预测ch
这样，采用比例微分的控制器可以提前使抑制误差的控制效果等于零甚至为负，从而避免被控量的严重超调。因此，对于大惯性或大滞后的被控对象，比例微分(PD)控制器可以改善系统在调节过程中的动态特性。
PID控制器参数整定的一般方法：PID控制器参数整定是控制系统设计的核心内容。根据被控过程的特点，确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间。整定PID参数的方法有很多，可以归纳为两类：
理论计算和整定方法主要是根据系统的数学模型，通过理论计算来确定控制器参数。用这种方法得到的计算数据不能直接使用，而必须由实际工程进行调整和修改。
工程整定法主要依靠工程经验，直接在控制系统试验中进行。它简单易掌握，在工程实践中应用广泛。PID参数的工程整定方法主要有临界比值法、响应曲线法和衰减法。
三种方法各有特点，它们的共同点是通过试验，然后根据工程经验公式调整控制器参数。但无论采用哪种方法，控制器参数都需要在实际运行中最终调整和完善。
目前一般采用临界比率法。用这种方法整定PID控制器参数的步骤如下：*首先，预选一个足够短的采样周期，使系统工作；
只增加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，然后记录比例放大系数和临界振荡周期。在一定的控制程度下，通过公式计算得到PID控制器的参数。PID参数的设定：靠经验和对技术的熟悉程度，参考测量值跟踪和设定值的曲线，来调整P，I，d的大小。
书中常用公式：找到最佳参数设置，从小到大依次查；先求比例积分，最后加微分；曲线振荡频繁，比例带盘要放大；曲线围绕大湾浮动，比例带盘向小盘弯曲；曲线偏离缓慢，积分时间减少；曲线波动周期长，积分时间较长；曲线振荡频率快，先降微分；差异较大时波动较慢。差分时间应加长；理想曲线有两波，前高后低4比1；一看两次调整，多分析一下，调整质量不会低。
认为个人PID参数的设定取决于被控对象的具体情况。另一方面，经验。p是解决振幅振荡。当P较大时，振幅振荡的幅度会较大，但振荡频率较小，系统达到稳定需要较长时间。我是解决行动反应的速度。I大，反应速度慢，反之亦然；d是消除静态误差。一般D的设置比较小，对系统的影响也比较小。
如何调整PID参数最好(1)调整比例控制将比例控制函数由小变大，观察每次响应，直到得到一条响应快、超调小的响应曲线。
(2)如果在比例控制下，积分环节的稳态误差不能满足要求，则应增加积分控制。
首先将步骤(1)中选择的比例系数降低到原来的50 ~ 80%，然后将积分时间设置为较大的值，观察响应曲线。然后，减少积分时间，增加积分函数，相应调整比例系数。反复尝试得到满意的响应，确定比例和积分参数。
(3)如果PID控制只能消除步骤(2)后的稳态误差，但动态过程不令人满意，则应加入微分控制，形成PID控制。首先设置微分时间TD=0，逐渐增加TD，并在sa
在实际工程中，应用最广泛的调节器控制规律是比例、积分和微分控制，也简称为PID控制。自PID控制器问世以来，由于其结构简单、稳定性好、运行可靠、调节方便，已成为工业控制的主要技术之一。
PID控制是一种传统的控制方法，适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有的现场。在不同的现场，只需对PID参数进行不同的设置，只要参数设置得当，就能取得良好的效果。可以达到0.1%甚至更高的控制要求。
PID的故事小明接到这样一个任务：有一个水箱漏水(而且漏水的速率不一定固定)，要求水位维持在一定的位置。一旦发现水位低于所需位置，应向水箱中加水。
小明接到任务后一直守在水箱旁。时间长了，他觉得无聊，就去房间看小说，每30分钟查一次水位。
水漏得太快。每次小明来检查，水都快喝完了，离要求的高度差很远。小明每3分钟换一次检查。结果，每次水来的时候，它都不会不会漏很多，所以不需要加水。来得太频繁的东西是没用的。
几次测试后，确保每10分钟检查一次。这个检查时间称为取样周期。
小明开始用勺子加水。水龙头离水箱有十几米远，他经常要跑好几趟才加够水。于是小明改成用水桶加水。一加是桶。跑的次数少了，加水的速度更快了。但是，水缸几次溢出，他几次不小心弄湿了鞋子。小明又用脑了。我没有我不需要长柄勺或水桶。老子用了好几次一个盆，发现正好，我就没不必跑太多次。这个浇水工具的大小叫做比例系数。
小明还发现，虽然水不会溢出来，但有时会高于要求的位置，仍然存在湿鞋的危险。
他想了另一个办法，在水箱里装一个漏斗。每次加水都是倒入漏斗而不是直接倒入水箱，这样可以慢慢加。这个溢出问题已经解决了，但是加水的速度又慢了，有时候还能我赶不上漏水的速度。
于是他试着换不同大小的漏斗来控制加水的速度，最终找到了满意的漏斗。漏斗的时间称为积分时间。
小明终于松了一口气，但任务的要求突然严格起来，水位控制的时效性大大提高。一旦水位过低，必须立即将水加到要求的位置，不能过高，否则工资发不出。小明又尴尬了！
于是他又开动脑筋，终于让它想了个办法，经常在旁边放一盆备用水。一旦发现水位低，一盆水不经过漏斗就下去了，这样时效性有保证，但有时候水位会高很多。
他还要求在水位以上的水中打一个洞，然后在下面的备用桶上接一根管子，这样多余的水就会从上面的洞里漏出来。漏水的速度称为微分时间。
看到几个帖子问采样周期，临时想到了这样一个故事。微分的类比有点牵强，但有助于理解。呵呵，这这是入门级的。如果能帮助新手理解PID，但愿就够了。
钟晓明的实验是一步一步独立完成的，但实际浇水工具、漏斗直径和溢流孔都同时影响浇水速度和水位超调。做了后面的实验后，经常会修正前面实验的结果。
钟晓明的实验是一步一步独立完成的，但实际浇水工具、漏斗直径和溢流孔都同时影响浇水速度和水位超调。做了后面的实验后，经常会修正前面实验的结果。
在PID控制模式下，用水壶将半杯水倒入印有刻度的玻璃杯中，停止；
设定值：水杯半杯刻度；实际值：杯中的实际水量；产值：从水壶中倒出的水
即当人们看到水杯中的水量没有达到半杯刻度时，就按照一定的水量从水壶中向水杯中倒水，或者如果水杯中的水量超过刻度，就用一定的水量从水杯中舀水。这个动作可能会导致少于半杯或多于半杯停止。
注：P比例控制是最简单的控制方式。控制器的输出与输入误差信号成比例。当只有比例控制时，系统的输出中存在稳态误差。
(2)PI积分控制
就是往水杯里倒一定量的水。如果发现杯子里的水没有水垢，就会一直倒下去。后来发现水超过半杯，就把杯子里的水舀出来。然后，如果不够，你就一遍又一遍地倒。如果太多，你就舀，直到水达到刻度。
注意：在积分I控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成比例。对于一个自动控制系统，如果进入稳态后还有稳态误差，则称该控制系统有稳态误差或简称有稳态误差系统。
为了消除稳态误差积分项必须引入控制器。积分项对的误差取决于对时间的积分，积分项会随着时间的增加而增加。这样，即使误差很小，积分项也会随时间增加，从而推动控制器的输出增加，进一步减小稳态误差，直至等于零。
因此，比例积分(PI)控制器可以使系统进入稳态后无稳态误差。
(3)PID微分控制
也就是人他的眼睛看着杯子里的水量和刻度之间的距离。缝隙大的时候，他们就用水壶里的大量水倒水。当人们看到水量接近刻度时，他们减少从水壶中汲取的水量，慢慢接近刻度，直到停留在杯中的刻度处。
最后，如果能准确地停在标尺的位置，则为静态无误差控制；如果你停在秤附近，有静态误差控制。
注：在微分控制D中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比。
在工程实践中，应用最广泛的调节器控制规律是比例、积分和微分控制，简称PID控制，也称为PID调节。
PID控制器发明至今已有近70年的历史，由于其结构简单、稳定性好、运行可靠、调节方便，已成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数可以不能完全掌握，或者一个精确的数学模型不能控制理论的其他技术难以采用，系统控制器的结构和参数必须通过经验和现场调试来确定。这时候应用PID控制技术是最方便的。
也就是说，当我们不不能完全理解一个系统和被控对象，或者不能在无法通过有效的测量手段获得系统参数的情况下，采用PID控制技术最为合适。PID控制，其实也有PI和PD控制。
PID控制器根据系统误差，通过比例、积分和微分计算控制量进行控制。
PID参数一、比例(P)控制比例控制是最简单的控制方式。控制器的输出与输入误差信号成比例。当只有比例控制时，系统的输出中存在稳态误差。
二、积分(一)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。对于一个自动控制系统，如果进入稳态后还有稳态误差，则称该控制系统有稳态误差或简称有稳态误差系统。为了消除稳态误差积分项必须引入控制器。积分项对的误差取决于对时间的积分，积分项会随着时间的增加而增加。这样，即使误差很小，积分项也会随时间增加，从而推动控制器的输出增加，进一步减小稳态误差，直至等于零。因此，比例积分(PI)控制器可以使
原因是有大惯性分量(环节)或延迟分量，可以抑制误差，它们的变化总是滞后于误差的变化。解决方法是前进误差抑制效果的变化，即当误差接近零时，误差抑制效果应为零。
也就是说，仅仅介绍比例输入控制器。比例项的作用只是放大误差的幅度，但目前需要加上的是微分项，可以预测误差变化的趋势。这样，带有比例微分的控制器可以提前使抑制误差的控制效果等于零甚至为负，从而避免被控量的严重超调。因此，对于大惯性或大滞后的被控对象，比例微分(PD)控制器可以改善系统在调节过程中的动态特性。
在整定PID参数时，用理论方法确定PID参数当然是最理想的方法，但在实际应用中，更多的时候是用试凑法来确定PID参数。
一般增大比例系数P会加快系统的响应速度，有静态误差时有助于减小静态误差。但过大的比例系数会使系统产生较大的超调，产生振荡，使稳定性变差。
增加积分时间I有利于减小超调，减少振荡，增加系统的稳定性，但系统的静态误差消除时间变长。
增加微分时间d有利于加快系统的响应速度，减少超调量，增加系统的稳定性，但系统抑制干扰的能力减弱。
共同尝试时，可以参考上述参数对系统控制过程的影响趋势，实施先比例、后积分、再微分的设定步骤进行参数调整。
PID参数整定方法PID控制器参数整定是控制系统设计的核心内容。根据被控过程的特点，确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间。整定PID参数的方法有很多，可以归纳为两类：
一、理论计算和设置方法。它主要基于系统的数学模型，通过理论计算确定控制器参数。用这种方法得到的计算数据不能直接使用，而必须由实际工程进行调整和修改。
二、工程整定法，主要依靠工程经验，直接在控制系统的测试中进行，简单易掌握，在工程实践中应用广泛。PID参数的工程整定方法主要有临界比值法、响应曲线法和衰减法。三种方法各有特点，它们的共同点是通过试验，然后根据工程经验公式调整控制器参数。但无论采用哪种方法，控制器参数都需要在实际运行中最终调整和完善。
目前一般采用临界比值法，用这种方法整定PID控制器参数的步骤如下：
首先，预先选择一个足够短的采样周期使系统工作；只增加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，然后记录比例放大系数和临界振荡周期。在一定的控制程度下，通过公式计算得到PID控制器的参数。PID参数的设定：靠经验和对技术的熟悉程度，参考测量值跟踪和设定值的曲线，来调整P，I，d的大小。
常用公式：找到最佳参数设置，从小到大检查；
先求比例积分，最后加微分；
曲线振荡频繁，比例带盘要放大；
曲线围绕大湾浮动，比例带盘向小盘弯曲；
曲线偏离缓慢，积分时间减少；
曲线波动周期长，积分时间长；
第一步：调整比例控制。
从小到大改变比例控制功能，观察每个响应，直到出现响应
步骤3:设置差分链路。
如果通过以上步骤，PI控制只能消除稳态误差，而动态过程不尽如人意，那么就要加入微分控制，形成PID控制。先设定微分时间TD=0，逐渐增加TD，同时相应改变比例系数和积分时间，反复尝试，获得满意的控制效果和PID控制参数。
PID的15个基本概念没有金刚钻，不抱瓷器活。为了掌握和应用PID，我们非常有必要学习基本概念来武装自己。有些概念会搭配实际项目中常用的表达方式，以真实：。
1、调整量反映被调整对象的实际波动。调整后的数量是不断变化的。
实数：常用检测到的反馈值来表示，如yout(t)。
2、设定值PID调节器的设定值是人们期望调节的值。设定值可以是固定的或可变的。
实际：人为设定，常用rin(t)表示。
3、控制输出PID调节器根据被调节量的变化，即整个调节器的输出，经过计算后给出指令，使外部执行结构按其要求动作。请注意yout(t)和规定数量之间的差异。这两个概念完全不同，人们经常混淆。
Real:公式中的u(t)=KP[e(t)1/tie(t)dt TD * de(t)/dt]你经常看到的。
4、输入偏差输入偏差时调整量与设定值之间的差值。
Real: error(t)=rin(t)-yout(t)。
5、P(比例)P为比例动作。简单来说就是输入偏差乘以一个系数。
现实：比如kp和KP都一样。
6、I(整数)I是整数。简单来说就是输入偏差积分。
7、D(积分)D为微分。简单来说就是对输入偏差进行微分。
8、PID基本公式：一般来说，PID调节器的参数设定过程是先将系统调整到纯比例作用，逐渐加强比例作用使系统产生等幅振荡，记录比例作用和振荡周期，然后将比例作用乘以0.6，适当延长积分作用。
KP=0.6*KmKD=KP*/4或KD=KP*tu/8KI=KP*/或KI=2KP/tuKP:比例控制参数；KD:积分控制参数；KI:微分控制参数；Km:系统开始振荡时的比例值，通常称为临界比例值；
:等幅振荡的频率，tu为振荡周期。这里Tu=2，而不是tu=1。学过傅立叶和拉普拉斯变换的同学应该明白这是为什么，所以我们赢了这里就不赘述了。
9、单回路单回路是只有一个PID的调节系统。
10、级联一个PID是不够的。串级就是将两个PID串联起来，形成串级调节系统，也叫双环调节系统。在串级调节系统中，PID调节器分为主调节器和辅助调节器。
在串级调节系统中，调节被调节量的PID称为主调，其输出直接指向执行机构的PID称为副调。主音的控制输出进入辅助音，作为辅助音的设定值。主调门选用单回路PID调节器，辅调门选用外部给定调节器。
11、正面效果
对于PID调节器，控制输出随被调节量的增加而增加，随被调节量的减少而减少的效果称为PID正效应。
12、负面影响
对于PID调节器，控制输出随着被调节量的增加而减小，随着被调节量的减少而增加，这就是所谓的PID负效应。
13、动态偏差
在调整过程中，被调整量与设定值之间的偏差是随时变化的，两者在任意时刻的偏差称为动态偏差。
14、静态偏差
调整趋于稳定后，调整量与设定值的偏差为静态偏差。静态偏差的消除是通过PID调节器的积分功能实现的。
15、回电
调节作用表现为被调节的量开始由升转降，或者由降转升的趋势变成回调。
编辑：李
