pid是什么意思（全方面解读PID涵义）

PID调节控制是一种传统的控制方式，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有的现场。不同的现场，只有PID参数设置不同，只要参数设置得当，可以取得不错的成绩。都可以达到0.1%甚至更高的控制要求。

今天给大家带来一个理论解释。在下一篇文章中，我将根据不同的工控案例，为大家讲解西门子S7-200、S7-300和 PLC如何使用PID控制。以及如何编程和注意事项！

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那么什么是PID控制呢？

先给大家举个例子吧！

一、PID 的故事

小明接到这样一个任务：有一个水箱漏水（而且漏水的速度不一定是恒定的），要求水面高度保持在一定的位置。一旦发现水面高度低于要求的位置，必须加到水箱中。水。

接到任务后，小明留在了水箱旁边。时间长了他觉得无聊，就跑到房间看小说，每30分钟检查一次水位。水漏得太快了。每次小明过来检查，水都快喝完了，离要求的高度还差得很远。小明改成每3分钟检查一次。，来得太频繁是没用的。经过几次试验后，请务必每 10 分钟检查一次。这个检验时间称为抽样周期

起初，小明用勺子加水。水龙头离水箱有十多米远。经常要跑好几次才能加水，小明就改用水桶加水。也很快，但是水箱溢出了好几次，我不小心把鞋子弄湿了好几次。小明又动了脑筋。我不需要勺子或水桶。我用了一个盆。很多时候，它不会让水溢出。这种浇水工具的大小称为比例因子

小明还发现，水虽然不会溢出过多，但有时会比规定的位置高出很多，还有把鞋子弄湿的危险。他想到了另一种在水箱上安装漏斗的方法。每次加水，他都没有直接倒入水箱中，而是倒入漏斗中，慢慢加入。这样就解决了溢水问题，但加水速度慢，有时跟不上漏水速度。于是他尝试更换不同大小的漏斗来控制加水的速度，最终找到了一个自己满意的漏斗。漏斗的时间称为积分时间

小明终于松了口气，但任务的要求突然变得更加严格，水位控制的及时性大大提高。一旦水位过低，必须立即加水到所需位置，不能过高，否则不发工资。小明又出事了！于是他尽了最大的努力，终于让他想了个办法，在旁边放了一盆备用水。当他发现水位低时，不经过漏斗，直接滴一盆水。这确保了及时性，但有时水位会很高。太多了。他还在要求的水面上方钻了一个水孔，然后在下面的备用水桶上连接了一根管子，这样多余的水就会从上面的孔中漏出来。

看了好几篇询问采样期的帖子，我暂时想到了这样一个故事。微分的类比有点牵强，但足以帮助理解。哈哈，入门级，如果能帮助新手了解PID，就够了。故事中，小明的测试是一步一步独立完成的，但实际加水工具、漏斗直径、溢水孔大小也会影响加水速度和水位过冲的大小。做完后续的实验后，往往需要修改前面的实验结果。

故事中，小明的测试是一步一步独立完成的，但实际加水工具、漏斗直径、溢水孔大小也会影响加水速度和水位过冲的大小。做完后续的实验后，往往需要修改前面的实验结果。

人用水壶将半杯有刻度的水以PID控制方式倒入水杯中，然后停止；

设定值：水杯半杯刻度；

实际值：水杯的实际水量；

输出值：水壶倒出的水量和杯子舀出的水量；

测量：人眼（相当于传感器）

执行对象：人

执行：倒水

反执行：舀水

(1）P 比例控制

即人们看到水杯中的水量还没有达到水杯的半杯标记，就按照一定的水量或水量从壶中倒出王水杯的水。水杯的水位超过刻度，再用一定量的水舀出水杯中的水。这个动作可能会导致不到半杯或多于半杯停止。

阐明：

P比例控制是最简单的控制方法之一。其控制器的输出与输入误差信号成正比。当只有比例控制时，系统输出存在稳态误差（-state error）。

(2）PI积分控制

就是按照一定的水量往水杯里倒水。如果你发现杯子里的水量没有刻度，继续倒。后来发现水量超过半杯，就从杯子里舀水到外面，不够再反复倒水，太多就舀水。, 直到水量达到标记。

阐明：

在积分 I 控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。对于自动控制系统，如果进入稳态后出现稳态误差，则该控制系统称为具有稳态误差的系统或简称为具有-状态误差的系统。为了消除稳态误差，必须在控制器中引入“积分项”。积分项对误差随时间积分，随着时间的增加，积分项增加。这样，即使误差很小，积分项也会随着时间的推移而增加，从而推动控制器的输出增加，以进一步减小稳态误差，直到等于零。所以，

(3）PID微分控制

也就是人们的眼睛看杯子里的水量和刻度之间的距离。当间隙较大时，用水壶中的大量水倒水。慢慢接近秤，直到它停在杯中的标记处。如果能准确地停在刻度的位置，说明没有静态控制；如果它停在秤附近，则表示有静态控制。

阐明：

在微分控制D中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比。

在工程实践中，应用最广泛的调节器控制规律是比例、积分和微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年的历史。它以其结构简单、稳定性好、运行可靠、调整方便等优点成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或者不能得到精确的数学模型，以及控制理论的其他技术难以使用时，系统控制器的结构和参数必须根据经验和实际情况确定。现场调试。PID控制技术是最方便的。也就是说，当我们不完全了解一个系统和被控对象时，或者无法通过有效的测量方法获得系统参数，PID控制技术最为合适。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器是根据系统的误差，利用比例、积分和微分计算控制量进行控制。

►PID参数

(1） 比例 (P) 控制

比例控制是最简单的控制方法之一。其控制器的输出与输入误差信号成正比。当只有比例控制时，系统输出存在稳态误差（-state error）。

(2）积分(I)控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比。对于自动控制系统，如果进入稳态后出现稳态误差，则该控制系统称为具有稳态误差的系统或简称为具有-状态误差的系统。为了消除稳态误差，必须在控制器中引入“积分项”。积分项对误差随时间积分，随着时间的增加，积分项增加。这样，即使误差很小，积分项也会随着时间的推移而增加，从而推动控制器的输出增加，以进一步减小稳态误差，直到等于零。所以，

(3） 差动 (D) 控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比。为了克服误差，自动控制系统在调整过程中可能会出现振荡甚至变得不稳定。原因是存在较大的惯性分量（链接）或滞后（延迟）分量，具有抑制误差的作用，其变化总是滞后于误差的变化。解决方法是“引导”误差抑制效果的变化，即误差接近零时，误差抑制效果应该为零。也就是说，在控制器中仅仅引入“比例”项往往是不够的。比例项的作用只是放大误差的幅度，而目前需要添加的是“微分项”，它可以预测误差变化的趋势，这样，比例+微分的控制器可以使抑制误差的控制效果等于零甚至负提前，从而避免控制变量的严重超调。因此，对于惯性或滞后较大的被控对象，比例+微分（PD）控制器可以在调整过程中改善系统的动态特性。

在设置PID参数时，如果有理论方法来确定PID参数当然是最理想的方法，但在实际应用中，PID参数更多是通过反复试验来确定的。

增加比例系数 P 通常会加快系统的响应速度。在静态误差的情况下，减少静态误差是有利的。但是，如果比例系数过大，系统会产生比较大的超调，并且会引起振荡，从而改变稳定性。坏的。

增加积分时间I有利于减少超调，减少振荡，增加系统的稳定性，但系统静态误差的消除时间变长。

增加微分时间D有利于加快系统的响应速度，减少系统的超调，增加稳定性，但削弱了系统抑制扰动的能力。

试用时可参考上述参数对系统控制过程的影响趋势，实施先比例、后积分、后微分的设置步骤进行参数调整。

►PID控制器参数整定方法

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它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，可以概括为两类：

一、理论计算调优方法

主要是根据系统的数学模型，通过理论计算确定控制器参数。该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修改；

二、工程调优方法

它主要依靠工程经验，直接在控制系统的测试中进行，方法简单易掌握，在工程实践中得到广泛应用。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，共同点是通过测试，然后根据工程经验公式调整控制器参数。但无论采用哪种方法，最终得到的控制器参数都需要在实际运行中进行调整和完善。

现在普遍采用的是临界比率法。用这种方法调整PID控制器的参数，步骤如下：

(1) 先预选一个足够短的采样周期，让系统工作；

(2) 只加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，此时记录比例放大系数和临界振荡周期；

(3) PID控制器的参数是在一定的控制下通过公式计算得到的。

PID参数设定：依靠经验和对过程的熟悉程度，参照测量值跟踪和设定值曲线，调整P、I、D的大小。

常用公式：

参数调优，以从小到大的顺序寻找最佳；

先成比例，再积分，最后加上导数；

曲线振荡频繁，比例刻度盘应放大；

曲线绕大湾浮动，刻度盘转向小；