PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp， Ki和Kd三個參數的設定。PID控制器主要適用于基本線性和動態特性不隨時間變化的系統。本文首先介紹的是PID控制器的工作原理，其次介紹的是pid控制器的輸入輸出，最后介紹了PID控制器的參數整定以及PID控制器的控制實現，具體的跟隨小編一起來了解一下。

PID控制器的工作原理

PID控制器廣泛應用于工業過程控制。工業自動化領域的大約95％的閉環操作使用PID控制器。控制器以這樣一種方式組合，即產生一個控制信號。作為反饋控制器，它將控制輸出提供到所需的水平。在微處理器發明之前，模擬電子元件實現了PID控制。但是今天所有的PID控制器都是由微處理器處理的。可編程邏輯控制器也有內置的PID控制器指令。

通過使用低成本的簡單開關控制器，只有兩種控制狀態是可能的，例如全開或全關。它用于有限的控制應用，這兩個控制狀態足夠控制目標。然而，這種控制的振蕩特性限制了其使用，因此正在被PID控制器所取代。

PID控制器保持輸出，使得通過閉環操作在過程變量和設定點/期望輸出之間存在零誤差。PID使用三種基本的控制行為，下面將對此進行說明。

P-控制器：

比例或P-控制器給出與電流誤差e（t）成比例的輸出。它將期望值或設定值與實際值或反饋過程值進行比較。得到的誤差乘以比例常數得到輸出。如果錯誤值為零，則該控制器輸出為零。

此控制器在單獨使用時需要偏置或手動重置。這是因為它從來沒有達到穩定狀態。它提供穩定的操作，但始終保持穩定狀態的錯誤。當比例常數Kc增加時，響應速度會增加。

I-控制器

由于p-控制器在過程變量和設定點之間總是存在偏差，所以需要I-控制器，這就提供了必要的動作來消除穩態誤差。它集成了一段時間的誤差，直到誤差值達到零。它對最終控制裝置的誤差為零的值保持不變。

當發生負面誤差時，積分控制會降低其輸出。它限制了響應速度，影響了系統的穩定性。響應的速度通過減小積分增益Ki而增加。

在上圖中，隨著I控制器的增益減小，穩態誤差也逐漸減小。對于大多數情況下，PI控制器尤其適用于不需要高速響應的場合。

當使用PI控制器，I-控制器輸出被限制在一定程度的范圍內，克服了積分飽和，其中積分輸出的推移，即使在零誤差狀態增加時，由于在所述植物的非線性的條件。

d-控制器

I-控制器不具備預測錯誤未來行為的能力。所以一旦設定值改變，它就會正常反應。D控制器通過預測未來的錯誤行為來克服這個問題。其輸出取決于誤差相對于時間的變化率，乘以微分常數。它為輸出提供啟動，從而增加系統響應。

在上圖中，D控制器的響應比PI控制器多，輸出的建立時間也減少。它通過補償由I控制器引起的相位滯后來提高系統的穩定性。增加微分增益會提高響應速度。

pid控制器的輸入輸出

輸入：

被控對象的量測（被控制量）值 -- PV，也稱為過程值；一般從測量單元來。

被控對象的設定值 -- SP或SV，也稱為設定值；一般從操作單元來。

輸出：

PID控制器的輸出值 -- CO或CV或MV，也稱為PID輸出值；一般輸出到手操器或輸出卡件。

PID控制器的參數整定

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下：（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；（2）僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

在實際調試中，只能先大致設定一個經驗值，然后根據調節效果修改。

對于溫度系統：P（［%］）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3

對于流量系統：P（［%］）40--100，I（分）0.1--1

對于壓力系統：P（［%］）30--70，I（分）0.4--3

對于液位系統：P（［%］）20--80，I（分）1--5

參數整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高后低4比1

一看二調多分析，調節質量不會低

PID控制器的控制實現

1、PID 的反饋邏輯

各種變頻器的反饋邏輯稱謂各不相同，甚至有類似的稱謂而含義相反的情形。系統設計時應以所選用變頻器的說明書介紹為準。所謂反饋邏輯，是指被控物理量經傳感器檢測到的反饋信號對變頻器輸出頻率的控制極性。例如中央空調系統中，用回水溫度控制調節變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速。冬天制熱時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機轉速，加大熱水的流量；而夏天制冷時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度過低，可以降低變頻器的輸出頻率和電機轉速．減少冷水的流量。由上可見，同樣是溫度偏低，反饋信號減小，但要求變頻器的頻率變化方向卻是相反的。這就是引入反饋邏輯的原由。幾種變頻器反饋邏輯的功能選擇見表 1 。

2、打開 PID 功能

要實現閉環的 PID 控制功能，首先應將 PID 功能預置為有效。具體方法有兩種：一是通過變頻器的功能參數碼預置，例如，康沃 CVF-G2 系列變頻器，將參數 H-48 設為 O 時，則無 PID 功能；設為 1 時為普通 PID 控制；設為 2 時為恒壓供水 PID 。二是由變頻器的外接多功能端子的狀態決定。例如安川 CIMR-G 7A 系列變頻器，如圖 1 所示，在多功能輸入端子 Sl-S10 中任選一個，將功能碼 H1-01 ～ H1-10（ 與端子 S1-S10 相對應 ） 預置為 19 ，則該端子即具有決定 PI［） 控制是否有效的功能，該端子與公共端子 SC “ ON ”時無效，“ OFF ”時有效。應注意的是．大部分變頻器兼有上述兩種預置方式，但有少數品牌的變頻器只有其中的一種方式。

在一些控制要求不十分嚴格的系統中，有時僅使用 PI 控制功能、不啟動 D 功能就能滿足需要，這樣的系統調試過程比較簡單。

3、目標信號與反饋信號

欲使變頻系統中的某一個物理量穩定在預期的目標值上，變頻器的 PID 功能電路將反饋信號與目標信號不斷地進行比較，并根據比較結果來實時地調整輸出頻率和電動機的轉速。所以，變頻器的 PID 控制至少需要兩種控制信號：目標信號和反饋信號。這里所說的目標信號是某物理量預期穩定值所對應的電信號，亦稱目標值或給定值；而該物理量通過傳感器測量到的實際值對應的電信號稱為反饋信號，亦稱反饋量或當前值。 PID 控制的功能示意圖見圖 2 。圖中有一個 PID 開關。可通過變頻器的功能參數設置使 PID 功能有效或無效。 PID 功能有效時，由 PID 電路決定運行頻率； PID 功能無效時，由頻率設定信號決定運行頻率。 PID 開關、動作選擇開關和反饋信號切換開關均由功能參數的設置決定其工作狀態。

4、目標值給定

如何將目標值 （ 目標信號 ） 的命令信息傳送給變頻器，各種變頻器選擇了不同的方法，而歸結起來大體上有如下兩種方案：一是自動轉換法，即變頻器預置 PID 功能有效時，其開環運行時的頻率給定功能自動轉為目標值給定。