简介：PID控制器早在20世纪30年代末就出现了，是当时唯一的控制方式，除了最简单情况下应用的开关控制。经过50多年的不断升级，PID控制取得了长足的进步。特别是近年来，随着计算机技术的飞速发展，从模拟pid控制到数字PID控制发生了重大的变化。与此同时，出现了许多新的PID控制算法和方法。比如非线性PID控制、自适应PID控制、智能PID控制等等。
迄今为止，PID控制仍然是最古老、最有生命力的基本控制方法。
PID是什么？
比例积分微分PID是一种非常常用的控制算法。
PID控制概念最早提出于1932年，诞生于瑞典，移民美国。物理学家H奈奎斯特在他的一篇论文中提出了用图形来判断系统稳定性的方法。在此基础上，荷兰科学家HW博德(the founder of 波特图/波特图如你所想)等人建立了一套在频域设计反馈放大器的方法，后来用于自动控制系统的分析和设计。这也是PID算法从编写开始最早的实践。
与此同时，反馈控制原理开始在工业过程中应用。1936年，英国的卡伦德和斯蒂文森等人提出了PID控制器的方法。自此，PID算法正式形成，并在自动控制技术中发挥了非常重要的作用。
大家肯定都看到了PID的实际应用。
例如，四轴飞行器，平衡车.....................
然后这里问题是：
例如，我想控制一个热快并且保持一壶水的温度在50。这么简单的任务，为什么要用微积分的理论？
你一定在想：
不是没那么容易~让它热起来的时候小于50度时，关闭电源。s大于50度，不是吗不是吗？几行代码是用Arduino分钟写的。
那对~要求不高的话真的可以这么做~
但是！换一种说法，你就知道问题出在哪里了：
如果我的控制对象是一辆车呢？
如果你想让车速保持在50公里/小时，不要你不敢做这件事。
想象一下，如果一辆汽车巡航控制计算机在某一时间检测到45km/h的速度。它立刻命令引擎加速！
结果对方发动机突然100%全油门，车突然加速到60 km/h。
这时，电脑再次发出命令：刹车！
后果不堪设想.
PID算法
在大多数情况下，用开关数量。有时候，它可以不稳定。因为单片机和传感器不是无限快，采集和控制需要时间。
而且，被控对象具有惯性。例如，如果你拔掉加热器的插头，它的余热(即热惯性)可能会暂时进一步升高水温。
这个时候，你需要一个算法：
它可以把要控制的物理量带到目标附近，它可以预见这个量的变化趋势，而且还可以消除散热、电阻等因素造成的静态误差。
所以当时的数学家发明了这个经久不衰的算法——，就是PID。
你应该已经知道P，I，D是三个不同的调节函数，可以单独使用(P，I，D)，成对使用(PI，PD)，也可以组合使用(PID)。
PID参数
这三个功能有什么区别？
让下面只说PID控制器最基本的三个参数：kP、kI和kD。
kP
意思是p比。它的作用最明显，原理最简单。
让让我们先谈谈这个：
所需的量，如水温，有其当前当前值我们期待的目标值。
当两者相差不大时，让加热器轻轻地加热它。如果由于某种原因，温度下降很多，让加热器加热它稍微用力一点。如果当前温度远低于目标温度，让加热器开足马力。对其进行加热，并让水温尽快达到目标附近。这就是p的作用。
当实际编写程序时，让偏差(目标值减去当前值)和调整强度的调节装置建立线性函数关系，而最基本的比例控制是可以实现的~
kP越大，调控越激进，kP越小，调控越保守。
如果你在做一个平衡车，有了P的功能，你会发现平衡车疯狂地摇晃在平衡角附近来回，很难稳定。
如果你已经到了这一步，——恭喜你！它距离成功只有一小步~
kD
d的作用比较好理解，所以让咱们先谈d，最后再谈I。
刚才我们有了P的功能，你不难发现只有P可以使平衡站上升，水温被控制得摇摆不定，好像整个系统不是特别稳定，总是摇晃。
在你的头脑中想象一个弹簧：它现在处于平衡位置。拉它，然后放开。然后会抖。因为阻力很小，所以可能会振荡很长时间才再次停在平衡位置。
想象一下：如果上图所示的系统浸在水中，也把它拉一下：这样的话，再次停在平衡位置所需的时间会少得多。
我们需要一个控制函数来使改变速度被控物理量趋于零，即类似于阻尼。
因为，越靠近目标，P的控制效果越小。越接近目标，P的作用越平缓。有许多内部或外部因素使控制量在小范围内摆动。
D的作用是使物理量的速度趋于零。每当这个量有一个速度，D就会反方向发力，尽力阻止这种变化。
参数kD越大，速度反方向的制动力越强。
kI
看起来PD可以保持物理量稳定，那为什么还需要I呢？
因为我们忽略了一个重要的情况：
以热水为例。如果有人把我们的加热装置带到一个非常冷的地方，水需要加热到50。
在P的作用下，水温缓慢上升。升到45的时候，他发现了一个不好的事情：太冷了，水散的速度和P控加热的速度相当。
我能怎么做呢？
P哥是这样想的：我我离目标很近了，只要轻轻加热。D哥是这样想的：加热和散热相等，温度不波动。我不似乎不需要调整任何东西。
结果水温永远停留在45，永远达不到50。
根据常识，我们知道加热功率应该进一步增加。但是怎么算涨幅呢？
此时，可以设置一个积分量。只要偏差存在，偏差就会不断地被整合(积累)并体现在调整力度上。
这样，即使45和50相差不太大，只要没有达到目标温度，积分也会随着时间增加。系统会慢慢意识到，在达到目标温度之前，是时候加大功率了！
达到目标温度后，假设温度不波动，积分值不会再变化。此时，加热功率仍然等于散热功率。然而，温度稳定在50。
kI值越大，积分时间倍增系数越大，积分效果越明显。
因此，I的作用是减少静态下的误差，使被控物理量尽可能接近目标值。
我在使用的时候还有一个问题：你需要设置积分极限。以防止在加热开始时积分过大而难以控制。
附：电子负载PID自整定方法及系统
电子负载是用于测试电源性能的专用仪器，具有恒流、恒压、恒阻、恒功率和组合负载的测试功能。通常，PID用于动态调整p的打开或断开
目前，电子负载的PID参数设定有两种方式。第一种方式是手动设置，出厂前将设置结果预置到电子负载设备的非易失性存储器中，每次开机都可以使用。
第二种方式，出厂前在设备中预设多组参数，用不同的参数匹配不同类型或型号的电源，由用户选择使用，使电子负载设备可以适应各种被测电源，一定程度上提高了电子负载的灵活性。
的发明专利电子负载PID自整定方法及系统由NGI独立申报，最近已获国家专利局授权。本发明公开了一种电子负载PID自整定方法及系统，包括自整定控制周期T、自整定PID参数和参数验证三个步骤。
首先在开环状态下触发阶跃响应，由阶跃响应速度的换算得到控制周期T，然后在闭环状态下触发振荡曲线，通过振荡曲线计算PID参数；控制周期T和PID参数设定后，通过参数验证来验证和提高参数的准确性。
该方法可以灵活适应各种被测电源，不需要手动设置，可以避免手动设置耗时长、准确性差、一致性差以及依赖人工经验的缺点，提高电子负载的便利性和适应性。
审计唐子红
标签：PID控制系统