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在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（也稱PID調節器）是應用最廣泛的一種自動控制器。

它具有原理簡單、易于實現、適用面廣、控制參數相互獨立、參數選定比較簡單、調整方便等優點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象——“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優控制。

PID調節規律是連續系統動態品質校正的一種有效方法，它的參數整定方式簡便，結構改變靈活（如可為PI調節、PD調節等）。長期以來，PID控制器被廣大科技人員及現場操作人員所采用，并積累了大量的經驗。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量來進行控制。

當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型，或控制理論的其他技術難以采用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當人們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合采用PID控制技術。
（1）比例（P）控制 比例控制是一種最簡單、最常用的控制方式，如放大器、減速器和彈簧等。

比例控制器能立即成比例地響應輸入的變化量。但僅有比例控制時，系統輸出存在穩態誤差（Steady-state Error）。P就是比例，就是輸入偏差乘以一個系數；成比例地反映系統的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。響應速度快，有利于系統穩定。
（2）積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出量是輸入量對時間的積累。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。

為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差的運算取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。所以即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大，使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，采用比例+積分（PI）控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。其作用就是對輸入偏差進行積分運算；主要是消除偏差、提高系統的準確性。 （3）微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。

自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是存在有較大的慣性組件（環節）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。

這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免被控量的嚴重超調。

所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。微分項對輸入偏差進行微分運算；能反映系統偏差信號的變化趨勢，在偏差信號變化太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節時間，提高系統的快速性。
（4）閉環控制系統特點 控制系統一般包括開環控制系統和閉環控制系統。開環控制系統（Open-loop Control System）是指被控對象的輸出（被控制量）對控制器（controller）的輸出沒有影響，在這種控制系統中，不依賴將被控制量返送回來以形成任何閉環回路。閉環控制系統（Closed-loop Control System）的特點是系統被控對象的輸出（被控制量）會返送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。

閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋（Negative Feedback）；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環控制系統均采用負反饋，又稱負反饋控制系統。可見，閉環控制系統性能遠優于開環控制系統。
（5）PID控制器的主要優點 PID控制器成為應用最廣泛的控制器，它具有以下優點。

①PID算法蘊涵了動態控制過程中過去、現在、將來的主要信息，而且其配置幾乎最優。

其中，比例（P）代表了當前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應迅速。微分（D）在信號變化時有超前控制作用，代表將來的信息。在過程開始時強迫過程進行，過程結束時減小超調，克服振蕩，提高系統的穩定性，加快系統的過渡過程。積分（I）代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統的靜態特性。此三種作用配合得當，可使動態過程快速、平穩、準確，收到良好的效果。

②PID控制適應性好，有較強的魯棒性，對各種工業應用場合，都可在不同的程度上應用。

特別適于“一階慣性環節+純滯后”和“二階慣性環節+純滯后”的過程控制對象。

③PID算法簡單明了，各個控制參數較為獨立，參數的選定較為簡單，形成了完整的設計和參數調整方法，很容易為工程技術人員所掌握。

④PID控制根據不同的要求，針對自身的缺陷進行了不少改進，形成了一系列改進的PID算法。

例如，為了克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時出現飽和超調的PID積分分離控制，為補償控制對象非線性因素的可變增益PID控制等。這些改進算法在一些應用場合取得了很好的效果。同時當今智能控制理論的發展，又形成了許多智能PID控制方法。