直观弄懂什么是PID

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1672873422210608802&wfr=spider&for=pc

1、基本概念

 虽然老套，但是必须要知道一些基本概念，否则无法下一步：P是比例调节，I是积分调节，D是微分调节

 

2、各个环节

P作为比例环节，作用就是一旦产生偏差，需要瞬间对偏差作出反应，使控制量朝着偏差减小的方向变化，控制作用的强弱完全取决于比例系数，系数越大，控制作用也越强。

例如：将咖啡机作为一个系统，其中的加热装置需要用PID控制，强调下，PID控制中的三个参数一旦设置成功后就是个常量，不再发生变化的。加入一开始水温是25度，设定的温度是60度，此时的温度偏差就是35度，因此，比例系数的作用就是P*温度差值，此时就是35P，经过一个周期后，假如温度升高到29度，此时温度偏差就是31度，此时加热装置的火力就是31P，再经过一个周期，假如水温到了36度，此时温度偏差就是24度，加热装置的火力就是24P，就这样经过多个周期后，水温逐渐接近设定的温度60度，加热装置的火力也在逐渐减小。由此可见，P的数值越大，火力就越大，控制作用就越强，反之就越弱。

 对比实验：P=1；I=0；D=0；

vs P=2；I=0；D=0；

      通过对比图，蓝色是P=1，红色是P=2，随着比例系数从1增加到2，PID的调节能力明显增强，更快达到设定的温度，但是超调量增大。但是静态误差降低了。

　　I积分环节是为了解决静差，深入理解以下静差。接着咖啡机加热，只要有了温度的偏差就会使系统开启加热的系统加热，若没有温度偏差呢，自然就不会加热了。但是，考虑一下特殊情况，若外界稳定比较低，当水温是50度时，加热的火力是10P，那么正好在水温上升的过程中，水的散热导致降温的效果也是10P；此时，加热的速度与散热的速度相等，温度的偏差不变，单纯的依靠比例控制很明显是无法是水温达到60度的，温度偏差不变，加热火力就不变，散热效率也固定，就这样成了死循环了。这就是说误差的值被确定下来了，就构成了静差。也就是说，当系统处于一个稳定状态的时候，实际的温度和目标的温度之间存在一个稳定的差值，这就是静态误差。积分环节将温度的偏差累加后作用到加热设备上。可以想到的是，此时的比例环节虽然是没有办法变化了，但是温度偏差的存在，积分环节的加入，还是会让温度继续升高，积分环节导致升温，升温过大了，比例环节有无能为例了。并且积分环节的加入，增加了相应的时间。

对比实验：P=1；I=1；D=0；

vs P=1；I=0；D=0；

　　通过对比图，P=1时，蓝色是I=0，红色是I=1，此时比例系数都为1，随着积分系数从0增加到1，PID的比例调节部分几乎是一样，达到设定的温度的时刻差距不大，但是达到稳定条件后，随着积分系数的增大，振荡次数明显增大，增加了响应的时长，积分环节使得响应时长增大，但是最终静态误差几乎被剔除了。

D微分环节为了探测温度的变化趋势的大小与方向，进而对下一步的变化趋势进行处理。

对比实验：P=1；I=1；D=0.5；

vs P=1；I=1；D=0；

　　通过对比图，P=1，I=1时，蓝色是D=0.5，红色是D=0，此时比例系数都为1和积分系数都为1，随着微分系数从0增加到0.5，随着微分系数的增大，振荡次数明显降低，减小了响应的时长，微分环节使得响应时长减小，同时也大大减小了系统的超调量。

.