硬件型号：海盛VB7000

系统版本：控制阀系统

PID算法的执行过程非常简单，即利用反馈检测偏差信号，并通过偏差信号控制被控量。而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的和。其功能框图如下：

考虑在特定时刻t，当输入为rin(t)，输出为route (t)时，偏差可以计算为err(t)=rin(t)- route (t)。因此，PID的基本控制规则可表示为：

其中Kp为比例波段，TI为积分时间，TD为微分时间。这就是PID控制的基本原理。

1. 比例

它按比例反映了控制系统的偏差信号。一旦发生偏差，立即产生控制动作以减小偏差。比例控制器的输出u(t)与输入偏差e(t)成正比，可以快速反映偏差并减小偏差，但不能消除静态误差。静态差是系统控制过程稳定时输出的给定值与测量值之间的差值。只有当偏差存在时，控制器才能保持一定的控制输出，所以比例控制器必须有静差。从偏差理论可知，虽然增加1可以减少偏差，但不能完全消除偏差。除了偏差e(t)外，比例控制效果还取决于比例系数Kp。比例系数Kp越小，控制效果越小，系统响应越慢。反之，比例系数Kp越大，控制效果越强，系统响应越快。但过大的Kp会在系统中引起较大的过谐波振荡，导致系统稳定性的恶化。因此，Kp不宜选择过大。应根据被控对象的特点选择折衷方案，使系统的静差控制在允许范围内，响应速度快。

2. 集成

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3.分化

差速环节的作用可以反映偏差信号的变化趋势(变化率)，可以在偏差信号的值变得过大之前将有效的早期修正信号引入系统，从而加快系统的动作速度，减少调整时间。积分控制的引入虽然可以消除静差，但降低了系统的响应速度。特别是对于惯量较大的被控对象，采用PI控制器很难获得良好的动态调节质量，系统会产生较大的过谐波振荡，因此可以引入微分作用。在偏差刚刚出现或发生变化的瞬间，不仅根据偏差量(比例控制效果)及时做出响应，而且根据偏差量的变化趋势(速度)提前给出较大的控制效果(差分控制效果)，将偏差扼杀在萌芽状态。这样可以大大减少系统的动态偏差和调整时间。提高了系统的动态调节质量。差动环节有助于系统减少超调量，克服振荡，加快系统的响应速度，减少调整时间，从而提高系统的动态性能。但是，过大的微分时间常数会引起系统的不稳定。差动控制的一大缺点是容易引入高频噪声，因此不适合在干扰信号严重的流量控制系统中引入差动控制。

微分控制作用阶跃响应特性对于一个恒定的偏差量，无论其值有多大，微分控制作用都为零。因此，微分作用不能消除静态误差，因此单独使用它的意义不大。一般需要与比例、积分控制动作结合使用，形成PD或PID控制。

对于PID控制，当控制偏差输入为阶跃信号时，比例和微分控制立即起作用。在偏差的瞬时输入时，变化率很大，微分控制功能很强。之后，微分控制函数衰减迅速，而积分控制函数越来越大，直至最终消除静态误差。PID控制集成了比例、积分、微分3种功能，不仅可以加快系统的响应速度，减少振荡，克服过杀，还能有效地消除静态误差，使系统的静态和动态质量得到了极大的提高，因此PID控制器在工业控制中得到了最广泛的应用。