经常看到关于PID的问题，但是好像听不懂他们在说什么。可能会有一些技术人员一提到PID调整就摇头。他们做不到，他们不是很懂！那么PID调节的本质是什么呢？流行的概念是什么？我们通过下图进行分析。
一个自动控制系统能很好的完成任务，首先必须工作稳定，同时必须满足调整过程的质量指标要求。即系统的响应速度、稳定性和最大偏差。显然，自动控制系统希望在稳定的工作条件下具有高控制质量，而我们希望持续时间短、超调小、摆动次数少。为了保证系统的精度，要求系统具有较高的放大倍数。但如果放大倍数高，系统就会不稳定甚至振荡。相反，只考虑调整过程的稳定性是不能满足精度要求的。因此，在调整过程中，系统的稳定性和准确性之间存在矛盾。
如何解决这个矛盾？根据控制系统的设计要求和实际情况，可以在控制系统中插入“校正网络”，更好地解决矛盾。完成这个“校准网络”的方法有很多，PID方法就是其中之一。
简单来说，PID“校正网络”由比例积分PI和比例微分PD '分量组'组成。为了说明问题，这里简单介绍一下比例积分PI和比例微分PD。
微分：从电学原理上，我们知道当脉冲信号通过RC电路(图2)时，电容两端的电压不能突然变化，电流领先电压90。输入电压通过电阻R给电容充电，电流在t1达到最大，此时电阻Usc两端的电压也达到最大。随着电容两端电压的增加，充电电流逐渐减小，电阻两端电压Usc也逐渐减小，最终达到0，形成锯齿波电压。这种电路叫差分电路。因为它对阶跃输入信号的前沿有强烈的反应，所以它的特性可以加速。
积分：当脉冲信号出现时(图3)，电容通过电阻r充电，电容两端电压不能突然变化。电流在t1时达到最大值，此时电阻两端的电压也达到最大值。电容两端的电压Usc随时间t增加，充电电流逐渐减小，最终达到0，电容两端的电压Usc也达到最大值，形成对数曲线。这种电路叫积分电路。因为它对阶跃输入信号的前沿响应慢，所以它的特性是阻尼和缓冲。
插入校准网络时：
首先，我们讨论自动控制系统中比例积分PI的引入(图4)。曲线PI(1)对阶跃信号的响应特性曲线，当t=0时，PI的输出电压很小，当t0(由比例系数决定)时，输出电压根据积分特性线性上升，系统放大系数Ue线性增加。也就是说，当系统的输入端存在较大误差时，控制输出电压不会马上变得很大，而是随着时间的推移和系统误差的增大而不断减小，PI的输出电压会不断增大，即系统放大倍数Ue会线性增大。我们称这种特性为系统阻尼。决定阻尼系数的因素有PI比例系数和积分时间常数。为了提高控制系统的质量，需要改变比例积分系数和积分时间常数。
然后讨论比例微分局部放电在控制系统中的引入(图4)。曲线PD(2)是输入信号的响应特性曲线。当t=0时，PD使系统放大倍数Ue突然增大。也就是说，当系统输入有错误时，控制输出电压会立即增加。我们称之为特征加速度。可以看出，太强的差分信号会使控制系统不稳定。因此，在使用中，必须仔细调整PD比例系数和微分时间常数。
为了妥善解决系统稳定性和准确性之间的矛盾
所以不难知道，PID调节器其实是一个放大倍数可以自动调节的放大器。动态时放大倍数低，是为了防止系统超调和振荡。静态时，放大倍数高，可捕捉小误差信号，提高控制精度。你还有别的看法吗？欢迎大家收藏评论转发~
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