模拟电路设计系列讲座二十四：PID控制策略
有人让讲一下控制系统中的PID，本文就简要介绍一下PID基本控制策略。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛用于工业控制当中。
常规PID控制系统原理框图如下，该系统由模拟PID控制器以及被控对象组成。
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r（t）与实际输出值y（t）构成控制偏差：
e（t）＝r（t）－y（t）
将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为：
式中：
Kc － 比例系数
TI － 积分时间常数
TD － 微分时间常数
一：PID 控制特点
原理简单，使用方便
适应性强：可以广泛应用于各个工业控制领域
鲁棒性强：即其控制品质对被控对象特征的变化不大敏感
二：PID比例环节
P调节对偏差信号e（t）能够及时作出反应，无任何丝毫的滞后。
输出u实际上是对起始值的增量，因此，当偏差e（t）为0时，u＝0，并不意味着调节器没有输出，只说明此时u＝u0。
u0的大小是可以通过调整调节器的工作点加以改变的。
简单来说，对于比例环节，偏差一旦产生，控制器就会立即产生控制作用，以减少偏差。
三：积分环节
I调节器的输出不仅与偏差信号的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。
只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化，直到偏差为零，调节器的输出才稳定下来不再变化。
所以积分调节作用能自动消除余差。
注意I调节的输出不像P调节那样随偏差为零而变到零。
积分调节的特点就是无差调节，只要偏差不为零，控制输出就不为零，它就要动作到把被调量的静差完全消除为止。而一旦被调量偏差e为零，积分调节器的输出就保持不变。
积分调节具有滞后性质，对于同一个被控对象，I调节比P调节进行得要缓慢，除非积分速度无穷大，否则I调节就不能像P调节那样及时对偏差加以响应，而是滞后于偏差的变化，它的滞后性使其难以对干扰进行及时控制。
所以在工业控制中，积分环节通常和其他控制策略一起使用。
简单来讲，积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。
P调节与I调节比较
P调节及时性强，但有余差；
I调节无余差，但超调大，不如P稳定。
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