你了解PID的過(guò)去和未來(lái)嗎?PID有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

PID控制器可以用來(lái)控制任何可以被測(cè)量的并且可以被控制的變量。比如，它可以用來(lái)控制溫度，壓強(qiáng)，流量等等。為增進(jìn)大家對(duì)PID 的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PID的發(fā)展、PID的優(yōu)點(diǎn)、PID的缺點(diǎn)予以介紹。如果你對(duì)PID具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PID的發(fā)展

PID控制理念最早提出是在1932年，出生于瑞典后移民美國(guó)的物理學(xué)家哈利奈奎斯特(H Nyquist)，在他的一篇論文當(dāng)中提出了采用圖形的方法來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在他的基礎(chǔ)上，荷蘭裔科學(xué)家亨伯德(H W Bode)(對(duì)就你想的那個(gè)“伯德圖/波特圖”創(chuàng)始人)等人建立了一整套在頻域范圍設(shè)計(jì)反饋放大器的方法，后被用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，這也是PID算法最早從書面走向?qū)嵺`。

與此同時(shí)，反饋控制原理開始應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中。1936年英國(guó)的考倫德(A Callender)和斯蒂文森(A Stevenson)等人給出了 PID控制器的方法，自此PID算法正式形成了，并且后來(lái)在自動(dòng)控制技術(shù)中占有非常重要的地位。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的PID大多是軟件控制的，結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。時(shí)至今日，大至武器、飛機(jī)、汽車、輪船，小至家電、手機(jī)導(dǎo)航、IOT設(shè)備、玩具等，凡具有 “自動(dòng)控制”功能的產(chǎn)品，無(wú)一不采用到PID算法或改進(jìn)的PID算法。例如手機(jī)導(dǎo)航靠PID算法準(zhǔn)確分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài);無(wú)人機(jī)靠PID算法穩(wěn)定飛行姿態(tài)。就是類似于這種——需要將某一個(gè)物理量“保持穩(wěn)定”的場(chǎng)合(比如維持平衡，穩(wěn)定溫度、轉(zhuǎn)速等)，PID都會(huì)派上大用場(chǎng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，人們通過(guò)對(duì)PID控制結(jié)構(gòu)的一些改進(jìn)來(lái)提高控制性能，如對(duì)積分環(huán)節(jié)的改進(jìn)，得到積分分離PID控制算法、遇限削弱積分PID控制算法等;對(duì)微分環(huán)節(jié)的改進(jìn)，得到不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法、帶死區(qū)的PID控制算法等。他們?cè)诓煌潭壬峡朔藗鹘y(tǒng)PID的缺點(diǎn)。如積分分離算法克服了積分飽和，可以顯著降低系統(tǒng)的超調(diào)，縮短過(guò)渡時(shí)間。

因此，如何成功的把PID性控制器用于復(fù)雜對(duì)象的控制上，如何在理論上對(duì)各類模型(如模糊模型、小波模型、非參數(shù)預(yù)測(cè)模型及其它人工智能模型等)的工作機(jī)理進(jìn)行更深的認(rèn)識(shí)，使得PID控制器的設(shè)計(jì)方法更趨于結(jié)構(gòu)化，從而構(gòu)造出更快、更正確的自適應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而構(gòu)造出更有效地智能自適應(yīng)PID控制器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和傳感器集成化程度的提高，智能PID控制將是未來(lái)發(fā)展方向。

二、 PID的優(yōu)缺點(diǎn)

1、PID的優(yōu)點(diǎn)

PID控制器成為應(yīng)用最廣泛的控制器，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在、將來(lái)的主要信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。其中，比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過(guò)程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表將來(lái)的信息。在過(guò)程開始時(shí)強(qiáng)迫過(guò)程進(jìn)行，過(guò)程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。積分(I)代表了過(guò)去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此3種作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過(guò)程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，得到良好的效果。

2)PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)的魯棒性，對(duì)各種工業(yè)場(chǎng)合，都可在不同的程度上應(yīng)用。特別適于“一階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”和“二階慣性環(huán)節(jié)+純滯后”的過(guò)程控制對(duì)象。

3)PID算法簡(jiǎn)單明了，各個(gè)控制參數(shù)相對(duì)較為獨(dú)立，參數(shù)的選定較為簡(jiǎn)單，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法，很容易為工程技術(shù)人員所掌握。

4)PID控制根據(jù)不同的要求，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。例如，為了克服微分帶來(lái)的高頻干擾的濾波PID控制;為克服大偏差時(shí)出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制;為補(bǔ)償控制對(duì)象非線性因素的可變?cè)鲆鍼ID控制等。這些改進(jìn)算法在一些應(yīng)用場(chǎng)合取得了很好的效果。同時(shí)當(dāng)今智能控制理論的發(fā)展，又形成了許多智能PID控制方法。

2、pid控制器的缺點(diǎn)

PID的缺陷，概括起來(lái)就是信號(hào)處理太簡(jiǎn)單、未能充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，具體說(shuō)來(lái)，有四個(gè)方面：

(1)產(chǎn)生誤差的方式不太合理控制目標(biāo)v在過(guò)程中可以“跳變”，但是被控對(duì)象輸出Y的變化都有慣性，不可能跳變，要求讓緩變的變量y來(lái)跟蹤能夠跳變的變量v，初始誤差很大，易引起超調(diào)，很不合理。

(2)誤差的微分信號(hào)的產(chǎn)生沒(méi)有太好的辦法由于微分器物理不可實(shí)現(xiàn)，只能近似實(shí)現(xiàn)，常用的近似微分器的形式為

(3)誤差積分反饋的引入有很多負(fù)作用在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn)確性，但同時(shí)誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得遲鈍，容易產(chǎn)生振蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。

(4)線性組合不一定是最好的組合方式PID控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過(guò)去、將來(lái)三者的線性組合。大量工程實(shí)踐表明，線性組合不一定是最好的組合方式，能否在非線性領(lǐng)域找到更合適的組合方式是值得探索的。

對(duì)于PID存在的這些缺陷，相應(yīng)的解決辦法是：(1)安排合適的“過(guò)渡過(guò)程”;(2)合理提取“微分——“跟蹤微分器;(3)探討“擾動(dòng)估計(jì)辦法一“擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器;(4)探討合適的組合方法一“非線性組合”。

以上就是小編這次想要和大家分享的有關(guān)PID的內(nèi)容，希望大家對(duì)本次分享的內(nèi)容已經(jīng)具有一定的了解。如果您想要看不同類別的文章，可以在網(wǎng)頁(yè)頂部選擇相應(yīng)的頻道哦。