李定軍
關鍵詞 ：PID控製；LabVIEW；NI DAQ設備
在zai自zi動dong控kong製zhi中zhong，一yi個ge係xi統tong的de運yun行xing要yao求qiu能neng夠gou滿man足zu給gei定ding的de性xing能neng指zhi標biao，具ju有you抗kang幹gan擾rao能neng力li和he穩wen定ding性xing。對dui於yu被bei控kong製zhi的de對dui象xiang，其qi本ben身shen的de物wu理li結jie構gou和he工gong作zuo過guo程cheng是shi一yi定ding的de，在zai給gei定ding信xin號hao作zuo用yong時shi，對dui象xiang的de輸shu出chu並bing不bu一yi定ding能neng滿man足zu係xi統tong的de性xing能neng要yao求qiu，所suo以yi需xu要yao加jia入ru一yi個ge控kong製zhi器qi。控kong製zhi器qi與yu被bei控kong對dui象xiang以yi閉bi環huan的de形xing式shi構gou成cheng係xi統tong，以yi幫bang助zhu整zheng個ge係xi統tong的de輸shu出chu滿man足zu給gei定ding的de性xing能neng指zhi標biao，而er控kong製zhi器qi運yun用yong的de控kong製zhi規gui律lv多duo種zhong多duo樣yang。
PID(Proportional Integral Derivative比例微分積分)控製是控製工程中技術成熟，應用廣泛的一種控製策略，它經過長期工程實踐，已形成了一套完整的控製方法和典型的結構。
PID 控製
PID控製器結構簡單、穩定性好、工作可靠、調tiao整zheng方fang便bian。當dang被bei控kong對dui象xiang的de結jie構gou和he參can數shu不bu能neng完wan全quan被bei掌zhang握wo，或huo得de不bu到dao精jing確que的de數shu學xue模mo型xing時shi，控kong製zhi理li論lun的de其qi它ta技ji術shu難nan以yi采cai用yong，係xi統tong控kong製zhi器qi的de結jie構gou和he參can數shu必bi須xu依yi靠kao經jing驗yan和he現xian場chang調tiao試shi來lai確que定ding，這zhe時shi應ying用yongPID控製技術最為方便。因此當我們不能完全了解一個係統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得係統參數時，就是PID的用武之地（圖1）。
圖1 PID控製係統
PID顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)，就(jiu)是(shi)根(gen)據(ju)係(xi)統(tong)誤(wu)差(cha)利(li)用(yong)比(bi)例(li)，微(wei)分(fen)，積(ji)分(fen)計(ji)算(suan)出(chu)控(kong)製(zhi)量(liang)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)。比(bi)例(li)，積(ji)分(fen)，微(wei)分(fen)這(zhe)三(san)個(ge)環(huan)節(jie)又(you)相(xiang)互(hu)獨(du)立(li)，有(you)各(ge)自(zi)不(bu)同(tong)的(de)作(zuo)用(yong)，在(zai)現(xian)場(chang)也(ye)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)來(lai)選(xuan)擇(ze)使(shi)用(yong)。
P控製（比例控製）
如果控製器的輸出僅僅與誤差成正比關係，即u(t)=Kpε(t)，便構成了一個比例控製器，可見比例控製器實際上是一個增益可調的放大器（圖2）。比例控製器通過改變比例放大係數Kp調(tiao)節(jie)輸(shu)出(chu)，對(dui)誤(wu)差(cha)的(de)反(fan)應(ying)很(hen)快(kuai)，但(dan)是(shi)其(qi)輸(shu)出(chu)與(yu)期(qi)望(wang)值(zhi)之(zhi)間(jian)總(zong)是(shi)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)穩(wen)態(tai)誤(wu)差(cha)，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)手(shou)動(dong)複(fu)位(wei)來(lai)消(xiao)除(chu)，在(zai)實(shi)際(ji)運(yun)用(yong)中(zhong)很(hen)不(bu)方(fang)便(bian)。提(ti)高(gao)Kp值可以增加係統的開環增益，使穩態誤差減小，還能夠增加係統的快速性；但容易使係統的穩定程度變差，振蕩變多。而當Kp值小時，又會使係統動作變得緩慢，所以校正係統很少單獨使用P控製。
圖2 比例控製
I控製（積分控製）
由於P控製存在穩態誤差需要手動複位，人們發現可以通過引入一個積分項來消除穩態誤差。積分控製器的輸出與誤差信號的積分成正比，即
，所以PI控製器的輸出有：
（式1）
積ji分fen項xiang對dui誤wu差cha進jin行xing積ji分fen，隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia積ji分fen項xiang增zeng大da，隻zhi要yao誤wu差cha還hai存cun在zai，就jiu會hui不bu斷duan輸shu出chu。這zhe樣yang，即ji便bian誤wu差cha很hen小xiao，積ji分fen項xiang也ye會hui隨sui著zhe時shi間jian的de增zeng加jia而er加jia大da，推tui動dong控kong製zhi器qi的de輸shu出chu增zeng大da使shi穩wen態tai誤wu差cha進jin一yi步bu減jian小xiao，直zhi到dao等deng於yu零ling，以yi達da到dao消xiao除chu穩wen態tai誤wu差cha的de目mu的de。因yin此ci，PI控(kong)製(zhi)器(qi)，可(ke)以(yi)使(shi)係(xi)統(tong)在(zai)進(jin)入(ru)穩(wen)態(tai)後(hou)無(wu)穩(wen)態(tai)誤(wu)差(cha)。但(dan)是(shi)對(dui)時(shi)間(jian)的(de)積(ji)分(fen)必(bi)將(jiang)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)快(kuai)速(su)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)，對(dui)於(yu)一(yi)些(xie)係(xi)統(tong)會(hui)出(chu)現(xian)超(chao)調(tiao)過(guo)大(da)的(de)現(xian)象(xiang)，嚴(yan)重(zhong)的(de)甚(shen)至(zhi)引(yin)起(qi)係(xi)統(tong)崩(beng)潰(kui)。
D控製（微分控製）
積分控製的動態性能不好，而微分項恰好可以彌補這點。微分控製器的輸出和誤差信號的微分成正比，即
，所以PD控製器的輸出有：
（式2）
weifenzuoyongfanyingdeshiwuchaxinhaodebianhualv，suoyiduixitongkongzhijuyouyujianxing，nengyujianwuchadebianhuaqushi，yincinengchanshengchaoqiandekongzhizuoyong。shenzhizaiwuchaxingchengzhiqian，kenengyibeiweifentiaojiezuoyongxiaochu。suoyiruguoweifenshijianxuanzeheshi，keyijianshaochaotiaohexitongtiaojieshijian，shixitongdedongtaixingnengdadatigao。weifenkongzhizaishijiyunyongzhongjingchangyonglaidixiaojifenkongzhichanshengdebuwendingqushi，danyinqifanyingdeshiwuchadebianhualv，suoyijinduidongtaiguochengzuoyong，tongchangbudandushiyong。erqieweifenkongzhiduizaoshengganraoyoufangdazuoyong，guoqiangditiaojieweifenxiangduixitongkangganraonenglibuli。
PID控製
PID控製即比例控製、積分控製、微分控製的組合，綜合了3種控製器的優點。在實際運用中，有時也不需要用到全部的3個部分，隻有比例控製單元是必不可少的。對於PID控製器，輸出為：
（式3）
PID控製實際就是根據經驗，對Ki，Kd這3個參數進行整定，以得到合適的輸出值對係統進行控製。具體如何整定，根據不同的現場有所不同。目前PID不僅應用廣泛，發展也很快，已研究出很多對這3個參數進行自整定的智能控製器。在和計算機這樣的數字控製器結合後，還出現了數字PID的設計方法，不過具體原理還是遵循於傳統。
，所以PI控製器的輸出有：
，所以PD控製器的輸出有：
