本系列文章中讨论的第五个控制器是 PID+：使用命令过滤器修改的 PID 控制器（如下图 6-24）。与 PI+ 一样，P...
常说到的PID控制是什么？为什么在自动控制系统会经常提及呢？ ...
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2023年10月06日 12:48 198
admin
开篇调味剂
王某在回家的路上看到块石头拦路，不假思索抬手就搬，还没完全提起来就脱手砸在地上。心里懊恼，看着没多重怎么失手了？思索会儿，由于经过上次的教训，这次心里有防备了，使出全身力气再次尝试，结果人仰马翻。一脸无奈的坐在地上，力气用小了不行，用大了也不行？此时心中确实有怒火，但问题总要解决。于是经过两次的失败，重新深思失败的原因，于是根据拦路石的重量重新估算，然后调整发力。第三次尝试，根据之前的失败经验再次调整发力，竟然将石头搬动了。
于是精疲力尽的走回家，在回家途中脑海里不断回忆这三次搬石头的画面，为什么前两次失败，而第三次成功了，这其中是不是隐含什么“道理”？不错，这其中的道理就是自动调节，只是王某没有接触过自动调节系统，才导致疑惑重重。今天我们就来说说什么是自动调节系统？
讲自动调节系统之前，有三个问题要抛出来，一是自动调节系统是什么？谁发现了自动调节系统？自动调节系统又该如何用？
一自动调节系统是什么？
由于王某经历上次事件之后，有了一定的经验了，于是接到一个任务，要他看一个储水容器的水位，不准超过或低于规定的水位，自信满满的接下任务。跟随到现场，上水阀门一直打开，他的任务是负责开输水阀，根据水位来控制。
王某在吃一堑长一智的经历下，这次任务完成的非常好。他看到水位快到要求水位的时候，将输水阀缓慢开启，直到符合要求。他这次做的如此顺利，就是典型的运行了自动调节。完成这个任务，王某用到了眼睛、大脑、手、阀，四者完美的配合完成雇主的任务。
二、谁发现了自动调节系统？
自动控制如今涵盖社会生活方方面面，应用范畴及其广泛。说到自动控制，从公认且有明确的控制系统，源自于19世纪，到如今也有百多年历史了。而自动控制理论的诞生的明确成熟标志《控制论》，时间是1948年，到如今也不过60余年历史。自动控制，我们的祖先们早已玩过了。例如指南车、铜壶滴漏计时装置、浑天仪、地动仪等等，因此说到自动控制我们老祖宗是玩的比较早的，只是受限于当时科研条件，没有形成一套真真的自动调节系统体系。真正的自动调节系统从发展到成熟应该起源于第一次工业革命。自动控制本身就是服务于工业过程控制的，没有一个完整的工业结构，发展自动控制理论几乎不可能。由历史可知，欧美是工业革命的先行者，真正意义上的自动控制是源自欧美，最终完善也是欧美，只是时间比较晚而已。
三、自动调节系统又该如何用？自动调节系统最核心的就PID控制，何为PID？
PID的全称即比例积分微分，比例为P、积分为I、微分为D。
比例的作用就是调节被调变量，被调变量变化多少，输出乘比例系数的乘积就变化多少。因此，被调量与输出波形是完全一致的。通过这句话可以看出，比例其实对被控变量起到及时控制作用，让输出波形既不振荡也不发撒。若输出波形波峰或波谷太窄太高，或波峰波谷太宽太平都不会要求。于是，通过比例的作用可以对被调量的输出波形进行及时的调节。
积分作用就是指比例控制后，输出波形达到稳定，且与被调量理想的值还有误差，即余差。因此，比例没有完成的任务此时有积分来完成。通过积分控制，不管被调量如何变化，输出始终不出现阶跃跳动。
微分作用；正常情况下，被控变量不变化，输出是不动的，被控变量一动输出立马突跳，一时无法控制。说明被控变量的变化率太大，变化趋势大，直接导致输出最小或最大。为了避免这种情况发生，微分就是解决这样的问题，即超调控制。
总结；用过去、现在、未来来比喻PID是不算牵强的。通过上述简述，P处理现在正要做的事，I是处理P没有做好的事（俗话说擦屁股），D处理还未发生的事，提前做好准备。
PID参数整定的原则，先比例后积分，最后微分。
先投比例来稳定被调变量，既不要比例作用太强引起振荡也不要比例作用太弱导致欠调。确保输出波形的周期不宜太多，而且只要有两个波峰或波谷。积分作用是消除余差，同样不能太强或太弱，否则系统依旧有余差存在。投微分，起到超调作用，也不能过强或过弱，否则也会导致输出波形振荡发散。
我们在工业过程的自动调节系统中，最常用的是凑试法，也叫经验法。通过参数预先设置好，反复的修改PID值，最终实现工艺的要求。
这只是热工参数PID经验法的凑试参数，实际情况有可能不在此范围，具体的以实际情况为准。PID参数整定，是在已有的经验基础上反复的修正，才能符合要求。因此，别人的PID参数凑试好了，并不适合你，这是由于工艺的原因及其它因素所致。所以，别人的PID参数只能作为整定过程的经验，最终结果还是由自己的工艺情况来决定。
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