什么是PID调节器，举例说明P、I、D的调节作用。
PID控制器(比例积分微分控制器)由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成..通过Kp，Ki，Kd的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。
PID控制器是工业控制应用中常见的反馈回路元件。该控制器将收集的数据与参考值进行比较，然后使用该差值计算新的输入值。这个新输入值的目的是使系统的数据达到或保持在参考值。不同于其他简单的控制操作，PID控制器可以根据历史数据和差异发生率调整输入值，使系统更加精确和稳定。通过数学方法可以证明，当其他控制方法导致稳定性误差或重复过程时，PID反馈回路可以保持系统的稳定性。
控制回路包括三个部分:
由系统的传感器获得的测量结果由控制器决定，并且由输出设备做出响应。控制器从传感器获得测量结果，然后从需求结果中减去测量结果以获得误差。然后使用该误差来计算系统的校正值作为输入结果，使得系统可以从其输出结果中消除该误差。
在一个PID回路中，这个校正值有三种算法，即消除当前误差，平均过去误差，通过误差的变化预测未来误差。
比如一个水箱在给植物供水，这个水箱里的水需要保持在一定的高度。将使用传感器来检查水箱中的水位，并获得测量结果。控制器将具有固定的用户输入值，以指示水箱所需的水位，假设该值是为了保持65%的水量。控制器的输出设备将连接到电机控制的水阀。打开阀门会把水箱灌满，关闭阀门会让水箱里的水下降。这个阀门的控制信号就是我们控制的变量，也是这个系统保持这个水箱水量固定的输入。
PID控制器可以用来控制任何可以测量和控制的变量。比如可以用来控制温度、压力、流量、化学成分、速度等等。汽车上的巡航控制功能就是一个例子。
一些控制系统将几个PID控制器串联起来，或者将它们连接成一个网络。在这种情况下，主控制器可以输出其他控制的结果。一个常见的例子是电机控制。我们经常需要电机有一个受控的速度，并停在某个位置。嗯，一个子控制器管理速度，但是这个子控制器的速度是由控制电机位置的主控制器管理的。
关联控制和串联控制在化工过程控制系统中非常常见。
PID因其三种校正算法而得名。这三种算法都使用加法来调整控制值。事实上，大多数加法运算变成了减法运算，因为加数总是负的。这三种算法是:
比例-为了控制电流，误差值乘以一个负常数p(代表比例)，然后加到一个预定值。只有当控制器的输出与系统的误差成正比时，p才成立。控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例。比如电暖器的控制器的刻度范围是10°C，它的预定值是20°C，那么它会在10°C输出100%,在15°C输出50%,在19°C输出10%,注意误差为0时控制器的输出也是0。
积分——控制过去，误差值是过去一段时间内的误差之和，然后乘以一个负常数I，再加上预定值。我从过去的平均误差值中找出系统输出结果与预定值的平均误差。简单的比例系统将围绕预定值来回振荡和变化，因为该系统不能消除多余的校正。通过增加负的平均误差比值，平均系统误差值将总是减小。因此，最终，PID回路系统将被设置在预定值。
微分——为了控制未来，计算误差的一阶导数，乘以一个负常数d，最后加到一个预定值。这个导数的控制将对系统的变化作出反应。导数的结果越大，控制系统对输出结果的响应越快。这个d参数也是PID被称为可预测控制器的原因。d参数对于减少控制器的短期变化非常有帮助。一些速度较慢的实际系统可能不需要d参数。用更专业的术语来说，PID控制器可以称为频域系统中的滤波器。这在计算最终是否会达到稳定的结果时很有用。如果数值选择不当，控制系统的输入值会反复振荡，可能导致系统永远达不到预设值。
虽然不同类型的控制器有不同的结构和原理，但基本的控制规律只有三种:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这些控制规律可以单独使用，但更多时候是组合使用。例如比例(P)控制、比例积分(PI)控制、比例积分微分(PID)控制等。
比例控制
单独比例控制也称为“微分控制”。输出的变化与输入控制器的偏差成正比，偏差越大，输出越大。在实际应用中，比例带的大小应根据具体情况而定。比例带过大，控制效果过弱，不利于系统克服扰动。残差过大控制品质差，没有控制效果。如果比例带过小，控制作用过强，会使系统的稳定性变差，引起振荡。
对于响应灵敏、放大能力强的被控对象，为了提高系统的稳定性，比例带应稍小；对于响应较慢、放大能力较弱的被控对象，比例带可以大一些，以提高整个系统的灵敏度，并相应减小残差。
简单比例控制适用于扰动小、滞后小、负荷变化小、要求不高的场合，并留有一定的裕量。比例控制规律广泛应用于工业生产中。
比例积分控制
比例控制律是最基本、应用最广泛的基本控制律之一，其最大的优点是控制及时、快速。只要有偏差，控制器就会立即控制。但是不能最终消除残留误差的缺点限制了它的独立使用。克服残留误差的方法是在比例控制的基础上增加积分控制。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成比例。这里的“积分”就是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断积累(输出值变大或变小)，积累直到偏差为零才会停止。因此，积分控制可以消除残余误差。积分控制律也被称为无差别控制律。
积分时间的大小表示积分控制的强度。积分时间越小，控制效果越强；反之，控制效果越弱。
积分控制虽然可以消除残留误差，但存在控制不及时的缺点。由于积分输出的积累是渐进的，其控制效果总是滞后于偏差的变化，难以及时有效地克服干扰的影响，控制系统难以稳定。因此，在实际应用中，积分控制不是单独使用，而是与比例控制相结合，形成比例积分控制。这样，取二者之长，可以取长补短，既具有快速及时的比例控制功能，又具有积分控制消除残差的能力。因此，比例积分控制可以实现理想的过程控制。
比例积分控制器是目前应用最广泛的控制器之一，主要用于工业生产中的液位、压力和流量控制系统。因为积分可以消除残差，弥补纯比例控制的缺陷，获得更好的控制品质。但是积分作用的引入会使系统的稳定性变差。对于惯性滞后大的控制系统，应尽量避免。
比例微分控制
比例积分控制对于具有时滞的被控对象并不理想。所谓“时滞”是指当被控对象受到扰动时，被控变量并没有立即发生变化，而是存在一个时间延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制是缓慢的，不及时的。为此，人们设想:能否根据偏差的变化趋势做出相应的控制动作？就像一个有经验的操作者，他可以根据偏差来改变阀门开度(比例效应)，根据偏差变化的速度来预测会发生什么，提前控制超额，做到“防患于未然”。这就是具有“高级”控制功能的微分控制律。微分控制器的输出取决于输入偏差变化的速度。
差分输出只与偏差的变化速度有关，与偏差的大小和偏差是否存在无关。如果偏差是一个固定值，无论多大，只要不变，输出的变化一定为零，控制器没有控制作用。微分时间越长，微分输出持续时间越长，因此微分作用越强；反之，则更弱。当微分时间为0时，没有微分控制。同样，差分时间的选择也需要根据实际情况来确定。
微分控制的特点是:动作迅速，调节功能先进，能有效改善大时滞被控对象的控制品质；但它不能消除残差，尤其是对于常偏差输入，根本没有控制作用。因此，微分控制律不能单独使用。
比例和微分作用的结合比简单的比例作用更快。特别是对于大容量滞后的对象，可以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著提高控制品质。
PID控制
最理想的控制是比例-积分-微分控制律。它综合了三者的优点:具有及时快速的比例动作，通过积分动作消除残留误差的能力，通过微分动作实现先进的控制功能。
当偏离顺序跳出现在时，微分立即大动作抑制这种偏离的跳跃；比例还起到消除偏差、降低偏差幅度的作用。因为比例作用是一种持久的、主要的控制规律，所以系统可以相对稳定。积分作用逐渐克服剩余差。只要三个函数的控制参数选择得当，就能充分发挥三种控制规律的优势，获得理想的控制效果。
调试方法编辑
比例系数的调整
比例系数P的调整范围一般为:0.1-100。
如果增益值为0.1，PID调节器的输出变为偏差值的十分之一。如果增益值是100，PID调节器的输出变为一百倍的偏差值。
可以看出，数值越大，比例产生的增益效应越大。在初始调整时，选择一个较小的，然后慢慢增加，直到系统的波动足够小，再调整积分或微分系数。p值过大会导致系统不稳定和持续振荡；p值太小会使系统变慢。合适的值应该使系统足够灵敏但又不过分灵敏，某个时间的延迟取决于积分时间。
积分系数的调整
积分时间常数定义为偏差导致输出增加的时间。如果积分时间设置为1秒，输出改变100%所需的时间为1秒。在初始调整期间，积分时间应设置得更长，然后慢慢减少，直到系统稳定。
微分系数的调整
微分值是偏差值的变化率。例如，如果输入偏差值线性变化，则在调节器的输出侧叠加一个恒定的调节量。大多数控制系统不需要调整微分时间。因为只有有时滞的系统才需要附加这个参数。如果增加这个参数，系统的控制会受到影响。如果通过调整比例和积分参数仍不能满足理想的控制要求，可以调整微分时间。在初始调整时将该系数设置得较小，然后慢慢增加，直到系统稳定。
参数设置和编辑
PID控制器的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。PID控制器参数整定的方法有很多种，可以归纳为两大类:一类是理论计算整定法。它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，必须通过工程实践进行调整和修正。二是工程整定法，主要依靠工程经验，直接在控制系统的测试中进行。该方法简单易掌握，在工程实践中应用广泛。PID控制器参数的工程整定方法主要有临界比例法、响应曲线法和衰减法。三种方法各有特点，相似之处都是通过实验，然后根据工程经验公式调整控制器的参数。但无论采用哪种方法，控制器的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例法。用这种方法整定PID控制器参数的步骤如下:(1)首先预选一个足够短的采样周期，使系统工作；(2)只加比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下此时的比例放大倍数和临界振荡周期；(3)在一定的控制程度下，通过公式计算得到PID控制器的参数。[1]
在实际调试中，只能先粗略设定一个经验值，然后根据调整效果进行修改。
对于温度系统:P (%) 20-60，I (min) 3-10，D (min) 0.5-3。
对于流动系统:P (%) 40-100，I (min) 0.1-1。
对于压力系统:P (%) 30-70，I (min) 0.4-3。
液位系统:P (%) 20-80，I (min) 1-5。
参数调整找到最好的，从小到大的顺序。
先比例后积分，再加微分。
曲线振荡频繁，比例带盘要放大。
曲线围绕大湾浮动，比例带转为小拉
曲线偏差恢复缓慢，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。
动态差异大，波动慢。差分时间应该加长。
理想曲线有两波，前高后低4比1。
乍一看，调节的质量不会低。
自适应控制编辑
首先，弄清楚什么是自适应控制。
在生产过程中，为了提高产品质量，增加产量，节约原材料，要求生产管理和生产过程始终处于最佳工作状态。因此产生了一种最优控制方法，称为自适应控制。在这种控制中，要求系统根据被测参数、环境、原材料成本的变化自动调整系统，使系统随时处于最佳状态。自适应控制包括性能估计(判别)、决策和修正。它是微机控制系统的发展方向。但由于控制规律难以掌握，推广起来还有一些难题需要解决。
加入自适应pid控制具有一些智能特性，可以像生物一样适应外界条件的变化。
有自学习系统，更智能。
参数设置和编辑
PID控制器的参数整定及实现——手册信息
PID控制器的参数整定与实现
作者:黄友瑞，曲
出版社:中国科学出版社。
发布时间:2010-1-1
格式:16
定价:39.00元
PID控制器的参数整定与实现-简介
本书是作者在多年对基于自然计算的PID控制器的参数整定和实现进行深入研究的基础上写成的。本书在吸收国内外众多具有代表性的最新研究成果的基础上，集中介绍了作者在该领域的研究成果，包括:PID控制器参数整定方法；分数阶PID控制器的参数整定:基于QDRNN的多变量PID控制器的参数整定:数字PID控制器的FPGA实现:基于BP神经网络的PID控制器的FPGA实现:基于遗传算法的PID控制器的FPGA实现:基于粒子群优化的PID控制器的FPGA实现:主算法的基本程序。
本书可作为自动化相关专业的教师、学生、研究人员和工程师的参考书。
PID控制器的参数整定与实现
序
第1章简介
第二章PID控制器参数整定方法
第三章分数阶PID控制器的参数整定
第四章基于QDRNN的多变量PID控制器参数整定。
第五章数字PID控制器的FPGA实现。
第六章基于BP神经网络的PID控制器的FPGA实现。
第七章基于遗传算法的PID控制器的FPGA实现。
第八章基于粒子群优化的PID控制器的FPGA实现。
附录
参考
比例乘积微分控制器的专利、软件和硬件编辑
IEEE控制系统杂志对此进行了总结，包括最佳控制器参数的设置。改善PID微分和积分的方法；
PID控制的专利、软件和硬件:当前技术的综述和分析，IEEE控制系统，2006 .[2]