网友提问：
PID控制原理是什么？
优质回答：
PID是一种控制算法，它的中文名称是比例积分微分控制。
这种控制的基本思路是根据偏差的大小运用比例、积分、微分计算出一个控制量，将这个控制量输入被控制的系统，系统接收到该输入量后会输出一个相应的输出量，PID控制器再检测该输出量，并再计算偏差，然后再循环以上过程，以下就是控制框图。这里P，I，D并不是都要加上去的，有时只用P或者只用PI。
上面的描述对初学者可能比较不好理解，下面用一个例子在结合上面的控制框图做一下说明，可能会对理解有帮助。
这个例子的场景是: 你在用煤气灶烧一壶水，但是让人蛋疼的不是让你把水烧开，而是要你把水加热到50度，并一直保持在50度。这个场景中给你配了温度计，你能看到水温是多少度。你可以控制的只有煤气灶的阀门开度，从而控制火的大小，并且每隔一定的时间——如一分钟——调一次阀门开度。
结合上面的控制框图，把水温控制在50度，即框图中的设定值Set point value就是50度；通过温度计测到的水温就是被控系统的输出，即图中的y(t)；Set point value-y(t)就是偏差e(t)；你的大脑现在就是PID控制器；你调节的煤气灶阀门开度就是被控系统的输入量，即u(t)；调节阀门开度的间隔为控制器的采样时间；
比例控制作用
刚开始是你发现水温接近0度，这时我想你会把阀门开到最大，以便快速的升温，当水温慢慢接近50度，阀门的开度也响应的慢慢关小，当水温达到50度或以上时就把火关了。当火关了后水温可能就很快又降下来，然后你又打开煤气灶，如此反复操作，水温在50度上下波动。如果操作的间隔过大，温度的波动就哎，好累啊，这就是比例控制的作用。
微分控制作用
上面的控制法中，你发现虽然水温可以控制在50度附近，但是温度在50度上下波动。为了不让温度超过50度太多，即不要超调太多，你可能会考虑关注水温的上升斜率，如果升温上升的太快，你可能会相应的调小阀门开度，让火稍小一点，这样处理的结果可能是水温超过50度不是很多，但相应的水温上升时间变长了。这个就是微分控制的作用。
积分控制作用
有时有通过以上两种控制后可能会出现水温已经稳定了，但精度不是很高，比如稳定在49度或者52度。积分控制的作用是提高控制，积分控制的输出与偏差的累积和有关，当水温稳定为50后偏差为零时，积分控制的输出是一个常数，而比例控制和微分控制的输出为零。
这些就是我对PID控制的理解
口口木的笔记 2019-5-19
其他网友回答
PID控制器由比例调节、积分调节、微分调节三部分组成。比例调节根据偏差的大小调节输出，积分调节根据偏差进行积分累计来调节输出，微分调节根据偏差的微分来调节输出。PI控制器的表达式为：u(t) = Kp*e(t) + Ki*∫e(t) dt+Kd*de(t)/dt
对于一个控制系统，我们期望的响应结果是稳（系统稳定不震荡不发散）、快（系统响应快速）、准（系统静态误差小）。对PID控制器的调节结果评价也是如此。
比例系数Kp：
三个参数中的绝对主力，不可或缺。Kp增大可以加快系统响应，减小静差，但系统超调量会加大，稳定性变差。比例控制是一种立即控制，只要有偏差，就立即输出控制量。大部分系统只需要P控制即可实现基本的稳快准需求。
积分系数Ki：
三个参数中的一般主力，用于消除静差、Ki减小可以降低超调量，使系统的稳定性增强。积分控制是一种修复控制，只要有偏差，就会逐渐去往消除偏差的方向去控制。
微分系数Kd：
三个参数中的预备人员，一般不用，在反馈量噪声比较大时可能会使系统震荡。Kd增大可以加快系统响应，减小超调量，适用于迟滞系统或无阻尼系统。微分控制是一种提前控制，以偏差的变化率为基准进行控制。
基本调试方法：先比例（从中间到两边）、后积分（从0到大）、再微分（从0到大）。
下面将以电机的转速PID控制为例，进行仿真调试，来具体理解这个调试过程。
PID控制器模型
基于上面的公式，PID控制器Simulink模型可表示为下图：
直流电机模型
我们需要一个被控对象模型，这里选择一个12V直流电机作为被控对象。直流电机的数学表达式为：
U=I*R+Ke*φ*w+L*dI/dt
Te=Kt*φ*I
Te-TL=J*dw/dt+B*w
基于上述表达式，直流电机的Simulink模型可表示为下图所示：
仿真调试
把以上的控制器模型和直流电机模型组合起来，一个通过PI控制器控制电机转速的仿真模型可表示如下（目标转速1000rpm）：
电机参数设置如下：
准备工作完成，开始调试。
第一步：先比例，从中间到两边。
其实可以先定量计算中间值取多少。
把电机稳定控制在1000rpm（104.7rad/s）±50rpm所对应的电机扭矩:
Te=W*B+TL=104.7*0.01+1=2.047 Nm
电机电流：
I=Te/Kt/φ=2.047/0.9529/0.1=21.482A
电机电压：
U=I*R+Ke*φ*w=21.482*0.1+0.1*0.1*104.7=3.1952V
比例系数Kp：
Kp=U/e=3.1952/50=0.0639
用Kp=0.0639，Ki=0，Kd=0，仿真结果如下图，稳态偏差刚好50rpm左右，符合期望。
以Kp=0.06为中间，向两边缩小或放大3倍左右观察。所以我们分别给定Kp=0.02、0.06、0.2，看看仿真结果如下图：kp为0.02时，虽然稳态误差较大，但是超调量较小，响应速度不慢，综合效果最好。kp太大时超调量偏大且响应速度也没有明显提高。所以Kp暂定为0.02左右（如果系统不太在意超调量大小，Kp取0.06也可，这个取决于你对控制系统的要求，即对稳、快、准的需求有优先级）。
第二步：后积分，从0到大。
我们取Ki=0、0.006、0.02、0.06，仿真观察。随着Ki的增大，系统达到稳定时间越来越短，所以我们可以暂定Ki=0.06。
第三步，再微分，从0到大。
我们取Kd=0、0.0001、0.001、0.01，仿真观察。随着Kd的增大，系统稳定性先变好再变差，Kd为0.001时效果最好，所以我们定Kd=0.001。
到这里，三个参数都有了，分别是Kp=0.02，Ki=0.06，Kd=0.001，系统响应曲线如下图，感觉还可以。
但是，实际的反馈信号往往有噪声，微分控制有失稳的风险，所以用微分时一定要慎重。
一般实际工程控制中，微分控制使用确实较少。假如我们不能加微分调节，还有没有其他办法能让响应曲线更好呢？答案肯定是有的，先介绍其中一种。
把目标转速1000rpm进行一个低通滤波后，再给到PID控制器，选取Kp=0.005，Ki=0.015（参数调试过程同上），仿真结果如下图，响应虽不及PID控制快速，但是与PI控制器相比，超调量大大减小，稳定性有所提高。
以上，就是个人对PI控制参数调节的部分经验，下次可以接着继续聊。
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以上就是小编关于【PID控制原理是什么？】的分享，希望对你有用。
