Intouch+PCL-812PG水箱液位控制系统设计(4)
概括地讲，PID控制的优点主要体现在以下两个方面：原理简单、结构简明、实现方便，是一种能够满足大多数实际需要的基本控制器；控制器适用于多种截然不同的对象，算法在结构上具有较强的鲁棒性。
今天大家熟知的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间。在工业过程控制中PID控制器及其改进型的控制器占90%。在1942年和1943年，泰勒仪器公司的Zieiger和Nichols等人分别在开环和闭环的情况下，用实验的方法分别研究了比例、积分和微分这三部分在控制中的作用，首次提出了PID控制器参数整定的问题。随后有许多公司和专家投入到这方面的研究。经过50多年的努力，在PID控制器的参数调整方面取得了很多成果。诸如预估PID控制(Predictive PID)、自适应PID控制(adaptive PID)、自校正PID控制(self-tuning PID)、模糊PID控制(Fuzzy PID)、神经网络HD控制(Neura PID)、非线性PID控制(Nonlinear PID)等高级控制策略来调整和优化PID参数。
而实际工业生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。在实际生产现场中，由于受到参数整定方法烦杂的困恼，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。针对这些问题，长期以来人们一直在寻求PID控制器参数的自动整定技术。随着微处理技术的发展和数字智能式控制器的实际应用，这种设想已经成为了现实。有关智能PID控制等新型PID控制理论及其工程应用，在快速地发展中[8]。
2.3.3 PID控制的基本组成
PID控制由反馈系统偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）的线性组合而成，这3种基本控制规律各具特点。
P（Proportion）比例控制：比例控制器在控制输入信号e(t)变化时，只改变信号的幅值而不改变信号的相位，采用比例控制可以提高系统的开环增益。
I（Integral）积分控制：积分是一种累加作用，它记录了系统变化的历史，因此，积分控制反映的是控制中历史对当前系统的作用。积分控制往系统中加入了零极点，可以提高系统的型别（控制系统型别即为开环传递函数的零极点的重数，它表征了系统跟随输入信号的能力的大小），消除静态误差，提高系统的无差度。但是它会使系统的震荡加剧，超调量增大，动态性能降低，故一般不单独使用，而是与PD控制相结合[9]。
D（Differential）微分控制：微分控制器对输入信号取微分或差分，微分反映的是系统的变化率，因此微分控制是一种超前预测性调节，可以预测系统的变化，增大系统的阻尼，提高相角裕度起到改善系统性能的作用。但是，微分对干扰也有很大的放大作用，过大的微分会使系统震荡加剧。
PID的复合控制：综合以上几种控制规律的优点，使系统同时获得很好的动态和稳态性能。
PID控制规律的基本输入/输出关系可用微分方程表示： （2-1）
式(2-1)中，e(t)为控制器的输入偏差信号， 为比例控制增益， 为积分时间常数， 为微分时间常数[10]。
2.3.4 增量式PID控制算法
当执行机构需要的是控制量的增量的时候可以使用增量式的PID控制算法。所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δ(k)[11]。增量式PID控制系统框图如图2-3所示。