PID控制理论

没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？ 因为

PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统

的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳

态误差就为零。 由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，

特别是对初学者。

自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，

反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 

a.在输出不振荡时，增大比例增益 p。 

b.在输出不振荡时，减小积分时间常数T i。 

c.在输出不振荡时，增大微分时间常数T d。 

a.确定比例增益P 

确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为

系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，

记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。 

b.确定积分时间常数Ti 

比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。

记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。 

c.确定积分时间常数Td 

积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。 

d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。 

比例系数 ：作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。当系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少误差。 越大，系统响应

越快，但将产生超调和振荡甚至导致系统不稳定，因此 的值不能取得过大；但如果 取值过小，过小会降低调节精度，是系统响应速度缓慢，从而延

长调节时间，使系统静、动态特性变坏。
积分系数 ：作用在于消除系统的稳态误差，提高无差度。 越大积分速度越快，系统静差消除越快，但 过大在响应过程初期会产生积分饱和现象，从

而引起响应过程出现较大超调，使动态性能变差； 过小则会使积分作用变弱，使系统的静差难以消除，过渡时间加长，不能尽快达到稳定状态，影响

系统的调节精度和动态特性。

微分系数 ：作用在于改善系统的动态特性，反映系统偏差信号的变化率并预见偏差变化的趋势，能产生超前的控制作用，使系统的超调降低，增加系

统稳定性。但 不能过大，过大则会使响应过程提前制动和延长系统调节时间，而且还会使系统的抗干扰性变差。
 

比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,可以立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,会使系统的稳定

性下降。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决

与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结

合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,改善系统的动态性能。在微分时

间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。微分作用不能单独使用,

需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。 

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