PID控制算法及流程图
1，PID是一个闭环控制算法。
因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。
比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。
2，PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。
但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。
我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。
现在知道这只是最简单的闭环控制算法。
3，比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用：
比例，反应系统的基本（当前）偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；
积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；
微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。
积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。
4，控制器的P,I,D项选择。
下面将常用的各种控制规律的控制特点简单归纳一下：
1、比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。
它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。
如：金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制；油泵房中间油罐油位控制等。
2、比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。
积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。
如：在主线窑头重油换向室中F1401到F1419号枪的重油流量控制系统；油泵房供油管流量控制系统；退火窑各区温度调节系统等。
3、比例微分控制规律(PD)：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。
因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。
如：加热型温度控制、成分控制。
需要说明一点，对于那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。
如：大窑玻璃液位的控制。
4、例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基
础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。
它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。
如温度控制、成分控制等。
鉴于D规律的作用，我们还必须了解时间滞后的概念，时间滞后包括容量滞后与纯滞后。
其中容量滞后通常又包括：测量滞后和传送滞后。
测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡，如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。
而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。
纯滞后是相对与测量滞后的，在工业上，大多的纯滞后是由于物料传输所致，如：大窑玻璃液位，在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。
总之，控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取，决不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能，不分场合都采用是不明智的。
如果这样做，只会给其它工作增加复杂性，并给参数整定带来困难。
当采用PID控制器还达不到工艺要求，则需要考虑其它的控制方案。
如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。
5，公式：
数值pid的计算：
6，问题。
Kp,Ti,T d三个参数的设定是PID控制算法的关键问题。
一般说来编程时只能设定他们的大概数值，并在系统运行时通过反复调试来确定最佳值。
因此调试阶段程序须得能随时修改和记忆这三个参数。
7，参数的自整定。
在某些应用场合，比如通用仪表行业，系统的工作对象是不确定的，不同的对象就得采用不同的参数值，没法为用户设定参数，就引入参数自整定的概念。
实质就是在首次使用时，通过N次测量为新的工作对象寻找一套参数，并记忆下来作为以后工作的依据。
8，pid算法流程图：。
取采样转换值取设定初值
将NX 和初值转化
成双字节整数
计算e(k)=ui(k)-ur 计算△Pp(k)=Kp ×(e(k)-e(k-1)
计算△pi(k)=Ki*e(k) 取采样转换值NX
计算△Pd(k)=Kd*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)]
计算△P(k)=△Pp(k)+△Pi(k)+△Pd(k)
P(k)=△P(k)+P(k-1) e(k-2)←e(k-1)
e(k-1)←e(k) 返回
采样转换值NX 取设定初
将NX 和初值转化成
双字节整数 算e(k)=ui(k )-ur 计Pp(k)=Kp ×(e(k)-e(k
-1)
算△pi(k)=Ki*e(k)。
数字PID
科 技
凑试法是通过模拟运行观察系统的响应曲线（如阶跃响应），然
大 学
后根据各调节参数对系统响应大致影响，反复凑试参数，以达到满意
网 络
的响应，从而确定PID的调节参数。
教 育
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KP↑，系统响应加快，有利于减小静差，但KP过大，使系统有较大的 超调，产生振荡，使系统稳定性变坏； Ti↑，减小超调，使系统稳定，但静差的消除将减慢； Td↑，加快系统响应，减小超调量，稳定性增加，但对干扰的抑制 作用却减弱。 具体步骤：
技
大
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网
络
教 育
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图4.3 模拟PID调节器方框图
PID控制器把给定值W与实际输出值Y相减，得到控制偏差e，偏
西 南
差e经比例、积分、微分运算后，通过线性组合构成控制量u，然后
科 技
用u对对象进行控制。
大
学
网
络
教 育
7
1. 比例调节器
是一种简单的调节器，其控制 规律为：
u = KPe + u0
KP：比例系数， u0：控制常量， 即误差为零时的控制变量；如图所
数字PID控制算法是一种准连续控制过程，是建立在计算机对连 续PID控制进行数字仿真的基础上的控制。这种控制方式要求采样周 期与系统的时间常数比很小，采样周期越小，数字仿真越精确，控 制效果也就越接近连续控制，采样周期的选择是受多方面影响：
1. 根据香农采样定理，应满足：
其中：fmax为输入信号的上限频率。这样采样信号经过保持环节后， 仍可复原或近似复原为模拟信号，而不丢失任何信息。
西
2. 从执行机构的特性要求来看，需要输出信号保持一定的宽度；
南
科
3. 从控制系统的随动和抗干扰的性能要求采样周期短些；
PID算法
0
数字PID控制算法
数值逼近的方法：用求和代替积分、用差分代替微分，使模拟PID离散化为差分方程
1 u KP e TI
de u0 0 edt TD dt
t
T uk K P [ek TI
位置式控制算法
t
o
e(t )dt T e j
j 0
k
计算机控制算法
控制概述
目的 方式 工程法 计算机仿真 闭环 比例 积分 微分 双环(串级) PID参数整定 采样周期选择 指标 对象
手段 结论
连续化设计方法
(模拟化设计方法)
数字PID算法 数字PID算法改进
离散化设计方法
(直接设计法)
最少拍有波纹控制器设计 最少拍无波纹控制器设计
大林(Dahlin)算法
PID整定的理论方法 通过调整PID的三个参数KP、TI、TD ，将系统的闭环特征根分 布在 s 域的左半平面的某一特定域内，以保证系统具有足够的稳定 裕度并满足给定的性能指标 只有被控对象的数学模型足够精确时，才能把特征根精确地配 置在期望的位置上，而大多数实际系统一般无法得到系统的精确模 型，因此理论设计的极点配置往往与实际系统不能精确匹配
有更大阻尼的算法：
ei 2ei 1 ei 2 用 ( yi 2 yi 1 yi 2 ) 代替，即：
T TD ui K P yi yi 1 ei ( yi 2 yi 1 yi 2 ) TI T
带死区的PID控制
消除由于频繁动作所引起的振荡
采样周期的选择
从香农（Shannon）采样定理看，系统采样频率的下限为 fs = 2fmax 从控制系统的随动和抗干扰的性能来看，要求采样周期短些 从微机的工作量和每个调节回路的计算来看，一般要求采样周期大些 从计算机的精度看，过短的采样周期是不合适的 实际选择采样周期时，必须综合考虑 — 采用周期要比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程 — 采用周期应远小于对象的扰动信号的周期 — 考虑执行器的响应速度 — 当系统纯滞后占主导地位时，应按纯滞后大小选取，并尽可能使纯滞后时 间接近或等于采样周期的整数倍 — 考虑对象所要求的控制质量，精度越高，采样周期越短
(完整word版)PID控制
1。
模拟PID 控制1.1 模拟PID 控制的原理常规的模拟PID 控制系统原理框图如图1所示，该系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。
其中r(t ）为系统给定值,c(t)为系统的实际输出值,给定值域实际输出值构成控制偏差e （t))()()(t c t r t e -= （1-1))(t e 作为PID 控制器的输入，)(t u 作为PID 控制器的输出和被控对象的输入.所以，模拟PID控制器的控制规律为⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=⎰tdi p dt t de T dt t e T t e K t u 0)()(1)()( （1-2） 式中：p K ——比例系数； i T --积分时间常数；d T —-微分时间常数.对应的模拟PID 调节器的传递函数为:)11()()()(s T sT K s E s U s D d i p ++==(1—3)图1-1 模拟PID 控制结构框图1。
2 PID 控制器各部分的作用从式（1—2)看到，PID 控制器的控制输出由比例、积分、微分三部分组成。
这三部分分别是:（1）比例部分)(t e K P在比例部分，比例系数p K 的作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。
加大p K 值，可以提高系统的开环增益，加快系统的响应速度，减小系统稳态误差，从而提高系统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性,甚至可能造成闭环系统不稳定，使系统动、静态特性变坏。
（2）积分部分⎰tip dt t e T K 0)(从积分部分的数学表达式可以知道，只要存在偏差,则它的控制作用就会不断积累。
由于积分作用，当输入e(t)消失后,输出信号的积分部分⎰tip dt t e T K 0)(有可能是一个不为零的常数。
可见,积分部分的作用可以消除系统的偏差。
在串联校正时，采用I 控制器可以提高系统的型别，以消除或减小系统的稳态误差，改善系统的稳态性能。
但积分控制使系统增加了一个位于原点的开环极点，使信号产生90°的相角滞后，于系统的稳定性不利。
PID控制算法实例_电机_温度
实验十七 直流电机控制实验一、 实验目的1． 学习数字控制器的模拟化设计方法；2． 学习数字PID 控制器的设计方法；3． 学习PWM 控制理论；4． 学习数字PID 控制器在DSP 上的实现方法。
二、实验设备 计算机，CCS 2.0版软件，实验箱、DSP 仿真器、导线。
三、基础理论 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自30年代末图1 模拟PID 控制期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。
它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。
特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。
在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。
由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。
实现PID 控制的计算机控制系统如图1所示，其中数字PID 控制器是由软件编程在计算机内部实现的。
1、PID 控制规律的离散化PID 控制器是一种线性调节器，这种调节器是将系统的给定值r 与实际输出值y 构成的控制偏差y r c -=的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），通过线性组合构成控制量，所以简称PID 控制器。
连续控制系统中的模拟PID 控制规律为：])()(1)([)(0dtt de T dt t e T t e K t u D t I p ++=⎰ （式1）式中)(t u 是控制器的输出，)(t e 是系统给定量与输出量的偏差，P K 是比例系数，I T 是积分时间常数，D T 是微分时间常数。
其相应传递函数为：)11()(s T sT K s G D I p ++= （式2） 比例调节器、积分调节器和微分调节器的作用：（1）比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数P K 。
(完整版)PID控制算法与策略
第四章控制算法与策略按偏差的比例、积分和微分进行控制的控制器（简称为PID控制器、也称PID 调节器），是过程控制系统中技术成熟、应用最为广泛的一种控制器。
它的算法简单，参数少，易于调整，并已经派生出各种改进算法。
特别在工业过程控制中，有些控制对象的精确数学模型难以建立，系统的参数不容易确定，运用控制理论分析综合要耗费很大代价，却不能得到预期的效果。
所以人们往往采用PID控制器，根据经验进行在线整定，一般都可以达到控制要求。
随着计算机特别是微机技术的发展，PID控制算法已能用微机简单实现。
由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正而更加完善［14］。
在本章中，将着重介绍基于数字PID控制算法的系统的控制策略。
4.1采用周期T的选择采样周期T在微机控制系统中是一个重要参数，它的选取应保证系统采样不失真的要求，而又受到系统硬件性能的限制。
采样定理给出了采样频率的下限，据此采样频率应满足，①'2①，其中①是原来信号的最高频率。
从控制性能Smm来考虑，采样频率应尽可能的高，但采样频率越高，对微机的运行速度要求越高，存储容量要求越大，微机的工作时间和工作量随之增加。
另外，当采样频率提高到一定程度后，对系统性能的改善已不明显［14］。
因此采样频率即采样周期的选择必须综合考虑下列诸因素：（1）作用于系统的扰动信号频率。
扰动频率越高，则采样频率也越高，即采样周期越小。
（2）对象的动态特性。
采样周期应比对象的时间参数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程。
（3）执行器的响应速度。
如果执行器的响应速度比较缓慢，那么过短的采样周期和控制周期将失去意义。
（4）对象的精度要求。
在计算机速度允许的情况下，采样周期越短，系统调节的品质越好。
(5)测量控制回路数。
如果控制回路数多，计算量大，则采样周期T越长,否则越小。
(6)控制算法的类型。
当采用PID算式时，积分作用和微分作用与采样周期T的选择有关。
选择采样周期T太小，将使微分积分作用不明显。
PID控制算法精华和参数整定三大招
PID控制算法精华和参数整定三大招PID是闭环控制算法在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器。
它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。
PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活（PI、PD、…）。
因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。
比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。
PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。
我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。
现在知道这只是最简单的闭环控制算法。
PID控制器结构PID控制系统原理结构框图对偏差信号进行比例、积分和微分运算变换后形成一种控制规律。
“利用偏差，纠正偏差”。
模拟PID控制器模拟PID控制器结构图PID控制器的输入输出关系为：比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用比例，反应系统的基本(当前)偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定;积分，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差;微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。
PID原理及结构图
流量是一个普通而又重要的物理量，在许多领域里人们需对它进行测量和 控制。
本系对流量控制采用 PID 算法，它具有结构简单、易于理解和实现，且一 些高级控制都是以 PID 为基础改进的。
在工业过程控制中 90%以上的控制系统回 路具有 PID 结构，图 2 PID 控制原理框图PID 控制方式的具体流程是计算误差和流量的变化速度进行 PID 计算，先以 P 参 数和误差计算出基础输出量， 在根据误差的累积值和 I 参数计算出修正量，最终 找出控制点和流量设定点之间的平衡状态， 最后在通过流量的变化速率与 D 参数 控制流量的变化速度以防止流量的剧烈变化。
进行整定时先进行 P 调节，使 I 和 D 作用无效， 观察流量变化曲线， 若变化曲线多次出现波形则应该放大比例 （P） 参数，若变化曲线非常平缓，则应该缩小比例（P）参数。
比例（P）参数设定好 后，设定积分（I）参数，积分（I）正好与 P 参数相反，曲线平缓则需要放大积 分（I） ，出现多次波形则需要缩小积分（I） 。
比例（P）和积分（I）都设定好以 后设定微分（D）参数，微分（D）参数与比例（P）参数的设定方法是一样的。
PID 控制器传递函数的标准式是 G(s)=Kp（1+1/Tis+Tds）比例电磁阀主 驱电动路电源设计（主电路）毕蒋电业宏气设彦 班优计创。
PID算法
PID算法PID算法是一种常用的控制算法，应用广泛于各种自动化系统中。
它可以实现对被控对象的精确控制，具有稳定性好、鲁棒性强等优点。
PID 算法是通过不断调整控制器的输出信号，使得被控对象的实际输出与期望输出之间的误差最小化的过程。
PID算法是由比例环节(proportional)，积分环节(integral)和微分环节(derivative)组成的。
比例环节根据误差的大小来调整控制器的输出信号，积分环节用于积累误差并使其最小化，微分环节根据误差的变化率来调整控制器的输出。
通过调节这三个环节的参数，可以实现对被控对象的精确控制。
在C语言中实现PID算法的一般步骤如下：1.定义全局变量和常量：定义一些全局变量来储存PID算法中的参数和中间结果，定义一些常量来设置PID算法的参数。
```cdouble Kp = 1.0; // 比例系数double Ki = 0.5; // 积分系数double Kd = 0.2; // 微分系数double error = 0.0; // 误差double integral = 0.0; // 积分项double derivative = 0.0; // 微分项double last_error = 0.0; // 上一次误差2.编写PID算法函数：编写一个函数来计算PID算法的输出信号。
```cdouble pid_algorithm(double input, double setpoint, double dt)//计算误差error = setpoint - input;//计算积分项integral += error * dt;//计算微分项derivative = (error - last_error) / dt;//计算PID输出double output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;//更新上一次误差last_error = error;return output;```3.在主函数中调用PID算法函数：在主函数中调用PID算法函数来实现对被控对象的控制。
(完整版)PID控制规律及数字PID基本算法
积分 微分
u* (t )
离散化过程相当于脉冲序列调制过程
脉冲信号：
(t
T
)
kT ) k 0
e*(t) e(t) (t kT ) e(kT ) (t kT ) k 0,1,2,K
k 0
k 0
积分环节的离散化处理
PID控制规律及数字PID基本算法
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知识回顾
系统控制的目标
r(t) e(t)
u(t)
校正环节 Gc (s)
c(t)
执行机构
检测单元
c(t)
被控对象 G(s)
控制目标：系统准确性、稳定性、快速性要求 系统评价：稳态特性、动态特性 稳态特性：稳态误差（误差度），与系统型次及开环增益相关 动态特性：时域指标（超调量、调整时间等）；频域指标（稳定裕度、剪切频率、中频宽度、带宽等 经典系统分析方法：时域、频域法、根轨迹等（开环分析闭环） 系统校正：串联校正、反馈校正、复合校正、频率特性校正
2
2.5
3
time(s)
rin,yout
五、小结与数字PID应用中的核心问题
小结 1、理解并掌握PID控制器中比例、积分、微分在调节系统稳态
特性与动态特性中的作用 2、掌握数字PID位置式、增量式的基本算法与特点 3、能够利用基本程序语言实现位置式增量式的程序编写 后续学习内容 1、PID参数的整定问题（周三实验介绍关于PID工程整定方法及
系统校正单元由基本环节构成，包括比例环节、积分环节、惯性环节、一阶微分、 二阶微分等，其中由比例、积分、微分环节构成的PID控制在工业控制中占有非常重 要的地位，了解PID控制规律、掌握PID控制器设计方法是十分必要的。
pid控制的基本原理及离散算法∫0∫t
PID 控制的基本原理及离散算法1 PID 控制的基本概念PID 控制是控制工程中技术成熟且应用广泛的一种控制策略。
经过长期的工程实践，已经形成了一套完整的PID 控制方法和典型结构，不仅适用于数学模型已知的控制系统，而且对于数学模型难以确定的工业过程也可以应用。
PID 控制参数整定方便，结构改变灵活，在众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。
在闭环负反馈控制系统中，系统的偏差信号e(t)是系统进行控制的最基本的原始信号。
为了提高控制系统的性能指标，可以对偏差信号e(t)进行改造，使其按照某种函数关系进行变化，形成所需要的控制规律u(t)，从而使控制系统达到所要求的性能指标，即()()[]t e f t u =所谓PID 控制，就是对偏差信号e(t)进行“比例加积分加微分”形式的改造，形成新的控制规律u(t)。
即()()()()++=∫dt t de T d e T t e K t u dti p 01ττ ()()()dtt de T K d e T K t e K dp tip p ++=∫ττ 其中：()t e K p 是比例控制部分，p K 称为比例常数； ()∫tip d e T K 0ττ是积分控制部分，iT 称为积分时间常数；()dtt de T K dp 是微分控制部分，d T 称为微分时间常数。
在零初始条件下，将上式两边取拉普拉斯变换，可得()()()()s sE T K s E sT K s E K s U d p i p p ++=基于PID 控制的闭环负反馈控制系统的传递函数方块图如图1所示。
图1 基于PID 控制的闭环负反馈控制系统2 PID 控制的离散算法（1）位置式算法设采样周期为T ，将前述PID 控制规律u(t)进行离散化处理，可得PID 控制的第k 个采样周期的位置式离散算法()k u 为()()()()()[]10−−++=∑=k e k e TT K j e T T K k e K k u d p kj ip p()()()()[]10−−++=∑=k e k e K j e K k e K d kj i p其中：比例控制部分()t e K p 离散化为()k e K p 。