PID( Proportional Integral Derivative) 比例積分導數。
應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。也稱算法。
信號變換的角度而言，超前校正、滯后校正、滯后－超前校正可以總結為比例、積分、微分三種運算及其組合。
適用於溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現場，不同的現場，僅僅是PID參數應設置不同。
自動控制原理主要就是研究系統的穩快准，PID調整的主要工作就是去實現這一任務。
P—比例控制系統的響應快速性，快速作用於輸出，
I—積分控制系統的准確性，消除過去的累積誤差，
D—微分控制系統的穩定性，具有超前控制作用，
比例控制可快速、及時、按比例調節偏差，提高控制靈敏度，但有靜差，控制精度低。積分控制能消除偏差，提高控制精度、改善穩態性能，但易引起震盪，造成超調。微分控制是一種超前控制，能調節系統速度、減小超調量、提高穩定性，但其時間常數過大會引入干擾、系統沖擊大，過小則調節周期長、效果不顯著。比例、積分、微分控制相互配合，合理選擇PID調節器的參數，即比例系數KP、積分時間常數τi和微分時間常數τD，可迅速、准確、平穩的消除偏差，達到良好的控制效果。
1. 比例環節
成比例地反映控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減小偏差。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。
P參數越小比例作用越強，動態響應越快，消除誤差的能力越強。但實際系統是有慣性的，控制輸出變化后，實際y(t)值變化還需等待一段時間才會緩慢變化。由於實際系統是有慣性的，比例作用不宜太強，比例作用太強會引起系統振盪不穩定。P參數的大小應在以上定量計算的基礎上根據系統響應情況，現場調試決定，通常將P參數由大向小調，以能達到最快響應又無超調(或無大的超調)為最佳參數。
優點:調整系統的開環比例系數，提高系統的穩態精度，減低系統的惰性，加快響應速度。
缺點:僅用P控制器,過大的開環比例系數不僅會使系統的超調量增大，而且會使系統穩定裕度變小，甚至不穩定。
2. 積分環節
控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。主要用於消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決於積分時間常數T,T越大，積分作用越弱，反之則越強。
為什么要引進積分作用？
比例作用的輸出與誤差的大小成正比，誤差越大，輸出越大，誤差越小，輸出越小，誤差為零，輸出為零。由於誤差為零時輸出為零，因此比例調節不可能完全消除誤差，不可能使被控的PV值達到給定值。必須存在一個穩定的誤差，以維持一個穩定的輸出，才能使系統的PV值保持穩定。這就是通常所說的比例作用是有差調節，是有靜差的，加強比例作用只能減少靜差，不能消除靜差(靜差：即靜態誤差，也稱穩態誤差)。
積分作用消除靜差的原理是，只要有誤差存在，就對誤差進行積分，使輸出繼續增大或減小，一直到誤差為零，積分停止，輸出不再變化，系統的PV值保持穩定，y(t)值等於u(t)值，達到無差調節的效果。
但由於實際系統是有慣性的，輸出變化后，y(t)值不會馬上變化，須等待一段時間才緩慢變化，因此積分的快慢必須與實際系統的慣性相匹配，慣性大、積分作用就應該弱，積分時間I就應該大些，反之而然。如果積分作用太強，積分輸出變化過快，就會引起積分過頭的現象，產生積分超調和振盪。通常I參數也是由大往小調，即積分作用由小往大調，觀察系統響應以能達到快速消除誤差，達到給定值，又不引起振盪為准。
優點：消除穩態誤差。
缺點：積分控制器的加入會影響系統的穩定性，使系統的穩定裕度減小。
3. 微分環節
反映偏差信號的變化趨勢，並能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節時間。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。
但一般的控制系統，不僅對穩定控制有要求，而且對動態指標也有要求，通常都要求負載變化或給定調整等引起擾動后，恢復到穩態的速度要快，因此光有比例和積分調節作用還不能完全滿足要求，必須引入微分作用。比例作用和積分作用是事后調節(即發生誤差后才進行調節)，而微分作用則是事前預防控制，即一發現y(t)有變大或變小的趨勢，馬上就輸出一個阻止其變化的控制信號，以防止出現過沖或超調等。
D越大，微分作用越強，D越小，微分作用越弱。系統調試時通常把D從小往大調，具體參數由試驗決定。
微分作用可以在產生誤差之前一發現有產生誤差的趨勢就開始調節，是提前控制，所以及時性更好，可以最大限度地減少動態誤差，使整體效果更好。但微分作用只能作為比例和積分控制的一種補充，不能起主導作用，微分作用不能太強，太強也會引起系統不穩定，產生振盪，微分作用只能在P和I調好后再由小往大調，一點一點試着加上去。
優點：使系統的響應速度變快，超調減小，振盪減輕，對動態過程有“預測”作用。
在低頻段，主要是PI控制規律起作用，提高系統型別，消除或減少穩態誤差；在中高頻段主要是PD規律起作用，增大截止頻率和相角裕度，提高響應速度。因此，控制器可以全面地提高系統的控制性能。
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PID控制器的參數整定
PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：
1. 理論計算整定法
它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。
2. 工程整定方法
它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易於掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。現在一般采用的是臨界比例法。
用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下：
(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作；
(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振盪，記下這時的比例放大系數和臨界振盪周期；
(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。
PID調試一般原則：
a.在輸出不振盪時，增大比例增益P。
b.在輸出不振盪時，減小積分時間常數Ti。
c.在輸出不振盪時，增大微分時間常數Td。
PID調試一般步驟
a. 確定比例增益P
確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數設定說明），使PID為純比例調節。輸入設定為系統允許的最大值60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統出現振盪；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統振盪消失，記錄此時的比例增益P，設定PID的比例增益P為當前值60%~70%。比例增益P調試完成。
b. 確定積分時間常數Ti
比例增益P確定后，設定一個較大的積分時間常數Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統出現振盪，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統振盪消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數Ti為當前值的150%~180%。積分時間常數Ti調試完成。
c. 確定積分時間常數Td
積分時間常數Td一般不用設定，為0即可。若要設定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振盪時的30%。
d. 系統空載、帶載聯調，再對PID參數進行微調，直至滿足要求。
變速積分的基本思想是，設法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小相對應：偏差越大，積分越慢；反之則越快，有利於提高系統品質。
附：
穩態誤差是系統從一個穩態過渡到新的穩態，或系統受擾動作用又重新平衡后，系統出現的偏差。穩態誤差記作ess（Steady-State Errors）。
超調量（overshoot）在階躍輸入作用下，被調量的瞬時最大偏差值（Xmax）與穩態值（X(∞)）之比。超調量=[Y(Tm)-Y(∞)]/Y(∞)×100%。在電子學中，過沖是指，從一個值轉變到另一個值時，任何參數的瞬時值超過它的最終（穩態）值。過沖在放大器的輸出信號中有重要的意義。過沖發生於瞬時值超過最終值。當瞬時值低於最終值時，也稱為“下沖（undershoot）”。
超調量是線性控制系統在階躍信號輸入下的響應過程曲線，也就是階躍響應曲線分析動態性能的一個指標值。
有差系統（System with Steady-state Error）
截止頻率：當保持輸入信號的幅度不變，改變頻率使輸出信號降至最大值的0.707倍，即用頻響特性來表述即為-3dB點處即為截止頻率，它是用來說明頻率特性指標的一個特殊頻率。
相位裕度（phase margin，PM），亦稱相位余裕，在電路設計中是非常重要的一個指標，主要用來衡量負反饋系統的穩定性，並能用來預測閉環系統階躍響應的過沖。一個性能良好的控制系統，其相位裕度應具有45°左右的數值。
摘要：https://blog.csdn.net/tingfenghanlei/article/details/85028677