單片機PID調節的通俗講解

1、P 比例控制，就是讓他走110步，他按照一定的步伐走到一百零幾步（如108步）或100多步（如112步）就停了。

說(shuō)明：P比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時(shí)系統輸出存在穩態(tài)誤差（Steady-state error）。

2、PI 積分控制，就是他按照一定的步伐走到112步然后回頭接著(zhù)走，走到108步位置時(shí)，然后又回頭向110步位置走。在110步位置處來(lái)回晃幾次，最后停在110步的位置。

說(shuō)明：在積分I控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統，如果在進(jìn)入穩態(tài)后存在穩態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統是有穩態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統（System with Steady-state Error）。為了消除穩態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著(zhù)時(shí)間的增加，積分項會(huì )增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統在進(jìn)入穩態(tài)后無(wú)穩態(tài)誤差。

3、PD 微分控制，就是他按照一定的步伐走到一百零幾步后，再慢慢地向110步的位置靠近，如果最后能精確停在110步的位置，就是無(wú)靜差控制；如果停在110步附近（如109步或111步位置），就是有靜差控制。

說(shuō)明：在微分控制D中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。

自動(dòng)控制系統在克服誤差的調節過(guò)程中可能會(huì )出現振蕩甚至失穩，其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例P”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢。這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例P+微分D（PD）控制器能改善系統在調節過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

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小明接到這樣一個(gè)任務(wù)：有一個(gè)水缸點(diǎn)漏水(而且漏水的速度還不一定固定不變)，要求水面高度維持在某個(gè)位置，一旦發(fā)現水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。

小明接到任務(wù)后就一直守在水缸旁邊，時(shí)間長(cháng)就覺(jué)得無(wú)聊，就跑到房里看小說(shuō)了，每30分鐘來(lái)檢查一次水面高度。水漏得太快，每次小明來(lái)檢查時(shí)，水都快漏完了，離要求的高度相差很遠，小明改為每3分鐘來(lái)檢查一次，結果每次來(lái)水都沒(méi)怎么漏，不需要加水，來(lái)得太頻繁做的是無(wú)用功。幾次試驗后，確定每10分鐘來(lái)檢查一次。這個(gè)檢查時(shí)間就稱(chēng)為采樣周期

開(kāi)始小明用瓢加水，水龍頭離水缸有十幾米的距離，經(jīng)常要跑好幾趟才加夠水，于是小明又改為用桶加，一加就是一桶，跑的次數少了，加水的速度也快了，但好幾次將缸給加溢出了，不小心弄濕了幾次鞋，小明又動(dòng)腦筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來(lái)，發(fā)現剛剛好，不用跑太多次，也不會(huì )讓水溢出。這個(gè)加水工具的大小就稱(chēng)為比例系數

小明又發(fā)現水雖然不會(huì )加過(guò)量溢出了，有時(shí)會(huì )高過(guò)要求位置比較多，還是有打濕鞋的危險。他又想了個(gè)辦法，在水缸上裝一個(gè)漏斗，每次加水不直接倒進(jìn)水缸，而是倒進(jìn)漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問(wèn)題解決了，但加水的速度又慢了，有時(shí)還趕不上漏水的速度。于是他試著(zhù)變換不同大小口徑的漏斗來(lái)控制加水的速度，最后終于找到了滿(mǎn)意的漏斗。漏斗的時(shí)間就稱(chēng)為積分時(shí)間

小明終于喘了一口，但任務(wù)的要求突然嚴了，水位控制的及時(shí)性要求大大提高，一旦水位過(guò)低，必須立即將水加到要求位置，而且不能高出太多，否則不給工錢(qián)。小明又為難了！于是他又開(kāi)努腦筋，終于讓它想到一個(gè)辦法，常放一盆備用水在旁邊，一發(fā)現水位低了，不經(jīng)過(guò)漏斗就是一盆水下去，這樣及時(shí)性是保證了，但水位有時(shí)會(huì )高多了。他又在要求水面位置上面一點(diǎn)將水鑿一孔，再接一根管子到下面的備用桶里這樣多出的水會(huì )從上面的孔里漏出來(lái)。這個(gè)水漏出的快慢就稱(chēng)為微分時(shí)間