PID調節器的介紹

一個自動控制系統要能很好地完成任務，首先必須工作穩定，同時還必須滿足調節過程的質量指標要求。即：系統的響應快慢、穩定性、zui大偏差等。很明顯，自動控制系統總希望在穩定工作狀態下，具有較高的控制質量，我們希望持續時間短、超調量小、擺動次數少。為了保證系統的精度，就要求系統有很高的放大系數，然而放大系數一高，又會造成系統不穩定，甚至系統產生振蕩。反之，只考慮調節過程的穩定性，又無法滿足精度要求。因此，調節過程中，系統穩定性與精度之間產生了矛盾。
　　如何解決這個矛盾，可以根據控制系統設計要求和實際情況，在控制系統中插入“校正網絡”，矛盾就可以得到較好解決。這種“校正網絡”，有很多方法完成，其中就有PID方法。
　　簡單的講，PID“校正網絡”是由比例積分PI和比例微分PD"元件組"成的。為了說明問題，這里簡單介紹一下比例積分PI和比例微分PD。
微分：
　　從電學原理我們知道，當脈沖信號通過RC電路時，電容兩端電壓不能突變，電流超前電壓90°，輸入電壓通過電阻R向電容充電，電流在t1時刻瞬間達到zui大值，電阻兩端電壓Usc此刻也達到zui大值。隨著電容兩端電壓不斷升高，充電電流逐漸減小，電阻兩端電壓Usc也逐漸降低，zui后為0，形成一個鋸齒波電壓。這種電路稱為微分電路，由于它對階躍輸入信號前沿“反應”激烈，其性質有加速作用。
積分：
　　我們再來看，脈沖信號出現時，通過電阻R向電容充電，電容兩端電壓不能突變，電流在t1時刻瞬間達到zui大值，電阻兩端電壓此刻也達到zui大值。電容兩端電壓Usc隨著時間t不斷升高，充電電流逐漸減小，zui后為0，電容兩端電壓Usc也達到zui大值，形成一個對數曲線。這種電路稱為積分電路，由于它對階躍輸入信號前沿“反應”遲緩，其性質是“阻尼”緩沖作用。
　　結論：
　　PID調節器實際是一個放大系數可自動調節的放大器，動態時，放大系數較低，是為了防止系統出現超調與振蕩。靜態時，放大系數較高，可以蒱捉到小誤差信號，提高控制精度。