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PID即：Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分）的縮寫。顧名思義，PID控制算法是結合比例、積分和微分三種環(huán)節(jié)于一體的控制算法，它是連續(xù)系統(tǒng)中技術最為成熟、應用最為廣泛的一種控制算法，該控制算法出現(xiàn)于20世紀30至40年代，適用于對被控對象模型了解不清楚的場合。實際運行的經(jīng)驗和理論的分析都表明，運用這種控制規(guī)律對許多工業(yè)過程進行控制時，都能得到比較滿意的效果，在火力發(fā)電廠控制過程中使用最為廣泛的控制，基本能滿足90%以上的控制需求。PID控制的實質就是根據(jù)輸入的偏差值，按照比例、積分、微分的函數(shù)關系進行運算，運算結果用以控制輸出。 在工業(yè)過程中，連續(xù)控制系統(tǒng)的理想PID控制規(guī)律為： 式中，Kp——比例增益，Kp與比例度成倒數(shù)關系； Tt——積分時間常數(shù)； TD——微分時間常數(shù)； u（t）——PID控制器的輸出信號； e（t）——給定值r（t）與測量值之差。 比例成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除靜差。靜差是指系統(tǒng)控制過程趨于穩(wěn)定時，給定值與輸出量的實測值之差。偏差存在，才能使控制器維持一定的控制量輸出，因此比例控制器必然存在著靜差。由偏差理論知，增大疋雖然可以減小偏差，但不能徹底消除偏差。比例控制作用的大小除與偏差e(t)有關之外，還取決于比例系數(shù)Kp的大小。比例系數(shù)Kp越小，控制作用越小，系統(tǒng)響應越慢；反之，比例系數(shù)Kp越大，控制作用也越強，則系統(tǒng)響應越快。但是，Kp過大會使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調和振蕩，導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性能變差。因此，不能將Kp選取過大，應根據(jù)被控對象的特性來折中選取Kp，使系統(tǒng)的靜差控制在允許的范圍內，同時又具有較快的響應速度。積分積分環(huán)節(jié)的作用，主要用于消除靜差提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱，取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大積分作用越弱，反之則越強。積分控制作用的存在與偏差e(t)的存在時間有關，只要系統(tǒng)存在著偏差，積分環(huán)節(jié)就會不斷起作用，對輸入偏差進行積分，使控制器的輸出及執(zhí)行器的開度不斷變化，產(chǎn)生控制作用以減小偏差。在積分時間足夠的情況下，可以完全消除靜差，這時積分控制作用將維持不變。Ti越小，積分速度越快，積分作用越強。積分作用太強會使系統(tǒng)超調加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分微分環(huán)節(jié)的作用能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調節(jié)時間。積分控制作用的引入雖然可以消除靜差，但是降低了系統(tǒng)的響應速度，特別是對于具有較大慣性的被控對象，用PI控制器很難得到很好的動態(tài)調節(jié)品質，系統(tǒng)會產(chǎn)生較大的超調和振蕩，這時可以引入微分作用。在偏差剛出現(xiàn)或變化的瞬間，不僅根據(jù)偏差量作出及時反應（即比例控制作用），還可以根據(jù)偏差量的變化趨勢（速度）提前給出較大的控制作用（即微分控制作用），將偏差消滅在萌芽狀態(tài)，這樣可以大大減小系統(tǒng)的動態(tài)偏差和調節(jié)時間，使系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)品質得以改善。微分環(huán)節(jié)有助于系統(tǒng)減小超調，克服振蕩，加快系統(tǒng)的響應速度，減小調節(jié)時間，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能，但微分時間常數(shù)過大，會使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定。微分控制作用一個很大的缺陷是容易引入高頻噪聲，所有在干擾信號比較嚴重的流量控制系統(tǒng)中不宜引入微分控制作用。微分控制作用的階躍響應特性對于一個恒定的偏差量，不管其數(shù)值有多大，微分控制作用均為零。因此，微分作用不能消除靜差，單獨使用意義不大，一般需要與比例、積分控制作用配合使用，構成PD或PID控制。 對于PID控制，在控制偏差輸入為階躍信號時，立即產(chǎn)生比例和微分控制中作用。由于在偏差輸入的瞬時，變化率非常大，微分控制作用很強，此后微分控制作用迅速衰減，但積分作用越來越大，直至最終消除靜差。PID控制綜合了比例、積分、微分3種作用，既能加快系統(tǒng)響應速度、減小振蕩、克服超調，亦能有效消除靜差，系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)品質得到很大改善，因而PID控制器在工業(yè)控制中得到了最為廣泛的應用。
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