比例、积分、微分控制策略
比例积分微分控制及其调节过程课件
比例控制的特点
快速响应
比例控制器能够快速响应输入偏差的变化， 调整输出以减小偏差。
无积分和微分作用
比例控制器只对当前偏差进行调节，不考虑 偏差的历史值和未来的变化趋势。
调节精度
由于没有积分和微分作用，比例控制器可能 无法完全消除偏差，导致调节精度不够高。
比例控制的应用场景
温度控制
在工业生产中，比例控制器常用于温 度控制，通过比较设定温度与实际温 度的偏差来调整加热或冷却设备的输 出。
法。
在化工、制药、食品等行业中， 积分控制也得到了广泛应用，如 反应釜的温度控制、发酵罐的pH
值控制等。
在电力系统中，积分控制也被用 于实现无差调节，如励磁控制、
负荷分配等。
03
微分控制
微分控制的定义
微分控制是一种控制 方法，通过引入微分 环节来改善系统的动 态性能。
微分控制可以有效地 减小系统的超调和调 节时间，提高系统的 响应速度。
比例积分微分控制及其调 节过程课件
目录
• 比例控制 • 积分控制 • 微分控制 • 比例积分微分复合控制 • 控制调节过程
01
比例控制
比例控制的定义
01
比例控制是一种简单的控制系统 ，通过比较设定值与实际值之间 的偏差来调整输出。
02
比例控制器的输出与输入偏差之 间成正比关系，偏差越大，输出 越大。
微分控制的应用场景
过程控制
在化工、制药、冶金等领域，微 分控制被广泛应用于各种过程控 制系统中，如温度、压力、流量
等参数的控制。
伺服系统
在伺服系统中，微分控制可以用于 提高系统的跟踪性能和响应速度。
智能家居
在智能家居领域，微分控制可以用 于实现快速响应的温度、湿度、光 照等环境参数控制。
PID_调节比例积分微分作用的特点和规律总结
PID_调节比例积分微分作用的特点和规律总结PID控制器是一种广泛应用于工业控制中的自动控制策略。
PID控制器通过调节比例、积分和微分三个参数来实现对系统的控制。
调节比例（Proportional, P）、积分（Integral, I）和微分（Differential, D）是PID控制的三种主要作用，各自具有不同的特点和规律。
下面将详细总结PID调节比例、积分和微分作用的特点和规律，以帮助读者更好地理解和应用PID控制器。
一、调节比例作用特点和规律：1.特点：调节比例用于根据误差信号的大小来确定控制输出。
调节比例的增大会使控制器对误差信号的响应更迅速，但过大的调节比例会引起系统的超调和不稳定。
2.规律：调节比例的增大会提高系统的响应速度，加快系统的动态过程。
调节比例的增大会提高系统的静态精度，减小稳态误差。
调节比例的增大会提高系统的稳定性，但当调节比例过大时，系统容易产生振荡。
调节比例的选择要根据具体应用场景，结合系统的动态特性和稳定性需求进行权衡。
二、积分作用特点和规律：1.特点：积分作用用于根据误差信号的累积量来进行调节，可以消除系统的稳态误差，提高系统的静态精度。
积分作用具有记忆效应，可以积累误差信号，使得控制器能够对系统在过去一段时间内的误差进行补偿。
过大的积分作用会导致系统反应过度，引起振荡或不稳定。
2.规律：积分作用可以消除系统的稳态误差，提高系统的静态精度。
积分作用会延长系统的调整时间，增大系统的超调量。
积分作用的增大会提高系统的响应速度和稳定性。
积分作用的选择要综合考虑系统的响应速度、稳态误差和稳定性需求，避免过度积分导致系统不稳定。
三、微分作用特点和规律：1.特点：微分作用用于根据误差信号的变化率来预测系统的未来发展趋势，从而对控制输出进行调节。
微分作用可以提高系统的稳定性和减小超调量，但过大的微分作用会引起震荡和系统的不稳定。
微分作用对高频噪声敏感，可能会放大噪声信号。
2.规律：微分作用可以提高系统的稳定性和减小超调量，使系统的动态过程更趋于平稳。
空调系统的pid控制原理
空调系统的pid控制原理
空调系统的PID控制原理如下:
1. PID(比例-积分-微分)是一种常用的反馈控制方法。
2. 比例控制:系统偏差e与控制量u成正比,使进程快速接近设定值,但会有静差。
3. 积分控制:采用偏差e的积分值作为控制量,可以消除静差,但响应速度慢。
4. 微分控制:采用偏差e的变化率作为控制量,提高动态响应速度,但会放大噪声的影响。
5. PID控制将上述三种合理结合,既有快速的响应,也能消除静差,性能更优。
6. 空调系统采用温度传感器反馈室内温度,与设定温度比较,得到偏差e。
7. PID算法计算出控制量u,调节风机频率、制冷量等参数。
8. 重复上述反馈和控制过程,使室内温度稳定维持在设定温度附近。
9. 通过调节PID参数,可以获得空调系统的最佳控制效果。
综上,PID控制利用反馈原理使空调系统稳定、快速达到设定状态,是一种常用而有效的控制策略。
过程控制 第二章 比例积分微分控制及其调节过程
x /( xmax xmin ) 100% y /( ymax ymin ) 200 /(1000 500) 80% 40 /(100 过程控制 20)
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二 比例调节的特点
有差调节
负荷：物料流或能量流的大小．处于自动控制下的被控过程在进入稳态后， 流入量和流出量之间总是达到平衡，因此，常常根据调节阀的开度(流入 量)来衡量负荷的大小 如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与 设定值准确相等，它们之间一定有残差，也就是e≠0.
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过程控制
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δ对调节过程的影响： δ增大,则比例系数减小,由比例调节器输出u=Kc*e,则调节阀的 动作幅度减小. 因此被调量的变化比较平稳, 甚至可以没有超 调,但残差大,调节缓慢,调节时间长． δ减小, 则比例系数增大,调节阀的动作幅度增大,引起被调量来 回波动, 但系统仍可能是稳定的, 残差相应减小. δ具有一个临 界值, 此时系统处于稳定边界的情况, 进一步减小δ系统就不稳 定了． 由于比例调节只有一个简单的比例环节, 因此δcr的大小只取 决于被控对象的动态特性.根据奈奎斯特稳定准则,在稳定边界 上有：
100% 0 阀开度 100% 0 阀开度
被调量
被调量
调节器的比例带δ习惯用它相当于被调量测量仪表的量程的百分数表示,如: 若测量仪表量程为100℃, 则δ＝50%就表示被调量需要改变50℃才能使调 节阀从全关到全开, 也就是:δ*量程
比例带也称比例度或比例范围,比例带δ越小,调节器的放大倍 数也就越大,即调节器对输入偏差放大的能力越强。
u
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e
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水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法水位的三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法主要用于水位控制系统中，该方法可以在一定程度上提高系统的控制性能和稳定性。
以下是关于水位的三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法的详细介绍。
一、水位的三冲量调节控制策略在水位控制系统中，三冲量调节控制策略是一种常用的调节方法。
该策略通过对水位控制系统中的三个冲量（比例、积分、微分）进行调整，来实现对水位的稳定控制。
1.比例冲量控制：比例冲量控制是根据水位与设定值之间的偏差，按照一定的比例关系加大或减小输入信号。
比例系数的选择需要根据实际系统的特性进行调整，一般情况下可以通过试探法或经验法进行初步调整，然后再通过试验的方式进行优化。
2.积分冲量控制：积分冲量控制是根据水位偏差的积分值来调节系统的输出。
积分冲量可以减小稳态误差，提高系统的稳定性和鲁棒性。
积分冲量的选择需要结合系统的动态响应特性进行调整，一般情况下需要进行试验和优化。
3.微分冲量控制：微分冲量控制是根据水位变化的速率来调节系统的输出。
微分冲量可以提高系统的响应速度和抗干扰能力，但如果参数选择不当会导致系统的震荡。
微分冲量的选择需要结合系统的动态响应特性进行调整，一般情况下需要进行试验和优化。
串级控制是一种高级的控制方法，通过在系统内部增加一个或多个级联控制环，来进一步提高系统的控制品质。
下面介绍一种常用的串级调节参数整定方法，即Ziegler-Nichols法。
1.首先选择一个合适的比例系数Kp:-将系统设为比例控制模式，调节Kp的值，直到系统发生持续振荡。
-记录下持续振荡的周期Tp。
2.根据振荡周期Tp，计算出比例增益Ku:-Ku=4/(π*Tp)。
3.根据Ku的值，选择合适的控制器类型和相应的参数:-P控制器：Kp=0.5*Ku。
-PI控制器：Kp=0.45*Ku，Ti=Tp/1.2-PID控制器：Kp=0.6*Ku，Ti=Tp/2，Td=Tp/84.将调节器参数输入控制器，并进行参数整定:-根据系统的实际情况，通过试验和仿真的方式进行参数的优化。
锅炉自动控制系统原理
锅炉自动控制系统原理
锅炉自动控制系统原理，是指通过改变给水量、燃料量和空气量等参数，以实现锅炉运行状态的自动调节和控制。
其基本原理如下：
1. 反馈控制原理：锅炉自动控制系统通过传感器获取锅炉各种参数的实时数值，如水位、压力、温度等，并将这些数值反馈到控制器中。
控制器根据设定的目标值和实际值之间的差异，计算出调节量，并将调节量输出到执行机构，对给水量、燃料量和空气量进行调节，使得锅炉保持在预定的运行状态。
2. 控制策略原理：锅炉自动控制系统采用不同的控制策略，以满足不同的运行需求。
常见的控制策略包括比例控制、积分控制和微分控制。
比例控制是根据实际值与目标值的差异，按比例调节输出量；积分控制是根据实际值与目标值的累积差异，按比例调节输出量；微分控制是根据实际值的变化速率，按比例调节输出量。
通过合理地组合这些控制策略，可以实现锅炉自动控制系统的精确调节和稳定运行。
3. 安全保护原理：锅炉自动控制系统在设计中考虑了安全保护功能。
当锅炉出现异常情况时，如超过安全压力、水位过低等，系统会发出报警信号，并采取相应的措施进行保护。
常见的安全保护功能包括水位控制、燃料气动比控制、过热保护等。
这些保护功能可以有效地避免锅炉的过载运行和危险事故的发生。
总之，锅炉自动控制系统原理主要包括反馈控制原理、控制策
略原理和安全保护原理。
通过科学合理地运用这些原理，可以实现锅炉自动控制系统的高效运行和安全保护。
过程控制基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计总结
过程控制基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计总结
基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计是一种常见的控制方法，下面是对该设计总结的一些要点：
1. 控制目标：锅炉汽包液位控制的目标是保持液位在设定范围内稳定运行，避免液位过高或过低的情况发生。
2. 控制原理：基于衰减曲线法的液位控制系统是通过测量液位信号，并根据一定的衰减曲线计算出控制量的变化，从而实现对液位的调节。
衰减曲线法的关键在于合理选择衰减时间常数和比例系数，以达到系统稳态性能和动态性能的要求。
3. 控制策略：液位控制系统设计中常采用PID控制策略，即比例-积分-微分控制。
其中，比例控制项根据液位偏差的大小输出调节量，积分控制项用于消除系统偏差，微分控制项则用于预测系统未来的变化趋势。
4. 参数调整：在设计过程中，需要对PID控制器的参数进行调整。
这一过程可以通过试错法、经验法或基于系统理论的自整定方法来进行。
参数调整的目标是使得液位系统响应速度快、稳态误差小，并且抗干扰、抗负载扰动的能力较强。
5. 安全保护：液位控制系统应考虑安全保护措施，例如设置液位报警、限位器、自动关断装置等，以确保在异常情况下及时采取措施，防止液位超出设定范围造成事故。
总的来说，基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计主要考虑控制目标、控制原理、控制策略、参数调整以及安全保护等方面，以实现液位的稳定运行和安全性能。
pid 加热算法
PID（比例-积分-微分）加热算法是一种常用的控制算法，用于控制加热设备的温度。
它通过调整加热设备的功率输出，使实际温度接近或达到设定的目标温度。
PID加热算法的核心思想是根据当前温度与目标温度之间的偏差，以及过去一段时间内的偏差积分和偏差的变化率，来计算出控制量，从而控制加热设备的功率输出。
具体来说，PID加热算法包括以下三个部分：
1.比例（P）控制：根据当前温度与目标温度之间的偏差，按照一定的比例系数计算出控制量。
比
例系数越大，控制量对偏差的响应越敏感，但也可能导致系统不稳定。
2.积分（I）控制：为了消除静态误差，PID算法引入了积分项。
积分项是对过去一段时间内偏差的
积分，用于调整控制量，使系统逐渐逼近目标温度。
积分项的引入可能会增加系统的稳定性，但也可能导致系统响应变慢。
3.微分（D）控制：微分项反映了偏差的变化率，用于预测未来的偏差趋势。
通过引入微分项，PID
算法可以提前调整控制量，从而提高系统的响应速度。
但微分项的引入也可能导致系统不稳定，尤其是在噪声干扰较大的情况下。
在实际应用中，PID加热算法通常需要根据具体的加热设备和应用场景进行调整和优化。
这包括选择合适的比例系数、积分系数和微分系数，以及确定控制量的输出范围等。
此外，还需要考虑系统的稳定性、响应速度和抗干扰能力等因素。
总之，PID加热算法是一种有效的温度控制方法，通过合理调整算法参数和控制策略，可以实现精准的温度控制，提高加热设备的性能和稳定性。
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比例、积分、微分控制策略尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。
这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。
如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。
比例(P)控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。
实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。
对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。
单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。
工业生产中比例控制规律使用较为普遍。
比例积分(PI)控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。
只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。
克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。
积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。
这里的“积分”指的是“积累”的意思。
积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。
只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。
所以，积分控制可以消除余差。
积分控制规律又称无差控制规律。
积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。
积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。
积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。
因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。
所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。
这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。
因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。
比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。
由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。
但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。
对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。
比例微分(PD)控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。
所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。
为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度(比例作用)，又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。
这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。
微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。
微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。
如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。
微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。
当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。
同理，微分时间的选取，也是需要根据实际情况来确定的。
微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但是它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。
因此，不能单独使用微分控制规律。
比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。
尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。
比例积分微分(PID)控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。
它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。
当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。
只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。
引用 PID－比例积分微分控制方法：原理浅释及相关资料搜集PID原理和调节目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器﹑传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID 参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器（PLC）是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
1、开环控制系统开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（controller）的输出没有影响。
在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。
2、闭环控制系统闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。
闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（ Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。
闭环控制系统的例子很多。
比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。
如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。
另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。
3、阶跃响应阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。
稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。
控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。
稳是指系统的稳定性（stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。
4、PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。
PID控制，实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
（1）比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
（2）积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。
为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
（3）微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。
所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
5、PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。
它是根据被控过程的特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。
它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。
这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。