基于图像视觉伺服的模糊比例积分微分控制系统

基于图像视觉伺服的模糊比例积分微分控制系统

摘要：针对传统比例积分微分（PID）参数难整定、控制性能不理想等问题，将模糊控制理论与PID控制器相结合，构成模糊PID控制器。采用EyetoHand视觉模型，引入图像视觉伺服机制，通过图像获取误差信号来实现对PID控制器三个参数Kp、Ti和Td的实时在线自适应调整。最后在以PC机、CompactRIO、NI9401、互补金属氧化物半导体（CMOS）摄像头、电机驱动器及无刷直流（DC）电机组成的打孔机视觉伺服运动控制系统上完成了实验。结果表明，基于图像的视觉伺服模糊PID控制器相对于传统PID控制器响应速度提高了60%，超调量降低了80%，鲁棒性也更好；不仅能提高孔的定位精度，还能边加工边检测。

关键词：视觉伺服；模糊比例积分微分控制器；EyetoHand视觉模型；CompactRIO；CMOS摄像头；无刷直流电机

中图分类号：TP273.4

文献标志码：A

Abstract：In view of the hard parameter tuning and unsatisfactory control performance，a fuzzyProportion Integration Differentiation （fuzzyPID）controller which

combined Proportion Integration Differentiation （PID）controller with the fuzzy control theory was proposed. The control system applied EyetoHand visual model，introduced visual servo mechanism，and realized realtime，online and adaptive adjustment for three parameters Kp，Ti and Td of the PID controller by getting errors in image. The experiment was performed on punching machine visual servo motion control system which composes of PC，compactRIO，NI9401，Complementary Metal Oxide Semiconductor （CMOS）camera，motor driver and brushless Direct Current （DC）motor. The results show that，compared with traditional PID controller，the speed of response of the fuzzyPID controller based on image visual servo is increased by 60%，the overshoot is reduced by 80%，and it has better robustness. It can not only improve the positioning accuracy of hole，but also process and detect holes nearly at the same time.

英文关键词Key words：visual servo；fuzzyProportion Integration Differentiation （fuzzyPID）controller；EyetoHand visual model；CompactRIO；Complementary Metal Oxide Semiconductor （CMOS）camera；brushless Direct Current （DC）motor

0 引言

电动机在工农业生产、家用电器，航空航天等领域得到了广泛应用。传统的比例积分微分（Proportion Integration Differentiation，PID）控制算法只有在非时变系统模型参数下才可能获得较好的控制效果。实际上由于电动机是一个强耦合的非线性被控对象，容易受到各种内外因素干扰而引起参数的变化，从而导致控制效果不理想。由于不能在线调整参数导致自适应能力不强。对此，文献[1-3]分别设计了基于径向基函数（Radial Basis Function，RBF）神经网络、模糊控制和模糊神经网络的PID控制器，但对于时变的被控对象，系统鲁棒性还有待提高。文献[4]对基于图像视觉伺服的自动导引车辆（Automatic Guided Vehicle，AGV）动力学控制作了研究，文献[5]设计了一种基于图像视觉伺服的飞行器控制系统，但都没有与智能控制结合起来，系统的智能化水平有待提高。另外，文献[6]研究了一种基于无标定显微视觉伺服的零件微装配技术；文献[7]对视觉系统在超声波打孔机中的应用作了理论探讨；文献[8]搭建了一个基于视觉的打孔机运动控制系统，但缺少理论上的研究。当目标及其位姿均固定时，传统的打孔机通过编程可以很好实现，但在目标位姿经常发生变化的情况下通过编程是无法实现的。针对以上不足，本文提出了一种基于图像视觉伺服的模糊PID（fuzzy PID）控制系统，并通过实验对其控制性能进行验证。

1 视觉伺服与fuzzyPID控制器

视觉伺服也称为视觉反馈，是指通过视觉为运动系统的执行机构提供闭环位置控制。视觉伺服系统根据反馈信号的不同类型可以分为基于位置的视觉伺服（Position Based Visual Servo，PBVS）和基于图像的视觉伺服（Image Based Visual Servo，IBVS）[9]。根据视觉模型是否固定分为EyetoHand视觉模型和EyeinHand视觉模型。基于位置的视觉伺服（3D视觉伺服）的误差信号定义在3D笛卡儿坐标系中，它对摄像机标定误差和用于目标位置估计的3D 模型误差非常敏感。而基于图像的视觉伺服（又称2D视觉伺服）的误差信号定义在图像特征空间，由图像特征信息直接控制运动系统。后者相对于前者的计算复杂小，鲁棒性强，系统实时性也更容易保证。另外，相对于传统传感器而言，基于图像的视觉伺服在机器人控制中也具有明显优势：更高的灵活性、更高的精度，对机器人标定误差具有更强的鲁棒性等[10]，因此受到广泛关注。

智能控制是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机

器实现控制目标的自动控制技术。模糊控制是一种相对于比较成熟的智能控制方法，近年来受到了众多研究者的重视[11-13]。本文拟将模糊控制理论应用到PID控制器中，以实现对PID控制器增益参数Kp、Ti和Td的实时在线自适应调整。通过这种方式不断自动调整各个参数的大小来获得最佳的系统响应，从而增强控制器在复杂环境下的适应能力。

2 基于图像的视觉伺服fuzzyPID控制系统的构建与实

现图像视觉伺服fuzzyPID控制器的设计

为了改善传统PID控制器在控制性能上的不足（如动态性能相对较差、恢复时间长、超调量大以及参数整定困难等[14]），提高系统的鲁棒性和适应性，本文拟利用LabVIEW 软件及其两个开发工具包：Vision and Motion和PID and Fuzzy Logic Toolkit设计一个基于图像视觉伺服的fuzzyPID 控制器，并在硬件平台上验证其伺服控制的有效性。

其原理简述如下：通过摄像头不断采集图像，经处理分析后定位目标在图像坐标系中的像素位置；将此值传递至运动控制循环，经过误差比较后控制器发送控制指令对电机的运行状态（包括正转、反转、停转、加速、减速）进行实时自适应控制。工作台X运动方向的程序执行流程如图1所示，Y方向类似。

2.1 软件开发

2.1.1 软件开发平台

LabVIEW是一种图形化的编程语言，具有无需编写文本代码、良好的人机交互性、易学易用等优势。Vision and Motion工具包可方便地构建完整的视觉软件系统，包括图像采集、图像处理和图像分析等。PID and Fuzzy Logic Toolkit 工具包是一种专门用于PID和模糊控制器设计的开发模块。

2.1.2 视觉系统软件开发

视觉系统是整个视觉伺服fuzzyPID控制系统信息获取

的关键环节，其性能的好坏将直接影响整个系统的运行效能。本文基于互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）工业相机设计了一个图像采集、处理和分析软件。需要说明的是，它并不是一成不变的，需要根据环境作出相应的调整，以获得最佳的控制效果。

2.1.3 fuzzyPID控制器的设计

本文在LabVIEW2011专业开发版和附带的PID and Fuzzy Logic Toolkit工具包上完成。这里以X方向的运动控制来说明整个设计流程。基于图像视觉伺服的fuzzyPID控制系统结构如图2所示。

1）确定输入输出变量及其论域。

输入变量是像素距离，定义为S，单位为pixel。它表示目标中心点X方向坐标，根据先期整定经验设定其论域范围为S=0～36（取实际像素距离的1/10）。模糊语言定义为“近”“中近”“中”“中远”“远”5个级别，分别对应于5个集合。

输出变量是PID增益的三个参数Kp、Ti、Td。根据控制效果的需要进行多次实验后确定三个参数的论域范围分

别是：Kp=5～25，模糊语言定义为：“Kp小”“Kp中”“Kp 大”；Ti=0.01～0.1min，模糊语言定义为：“Ti小”“Ti中”“Ti 大”；Td=0.0005～0.005min，模糊语言定义为：“Td小”“Td 中”“Td大”。各有3个集合与之对应。

2）隶属度函数与输入输出空间的模糊分割。

利用隶属度函数将输入输出空间作模糊分割得到对应

的模糊集合。隶属度函数有多种形状，常用的有三角形、梯形和高斯型。本文为了计算简单，在满足要求的前提下选择三角形和高斯型隶属度函数。

利用隶属度函数将输入输出空间作如图3的模糊分割。

4）模糊推理及去模糊化。

模糊推理又称近似推理，是从不精确的前提集合IF中得出可能的不精确结论THEN的推理过程。此处采用的模糊推理方法为最大最小（MaxMin）法。

经过模糊推理得到的结论仍然是模糊的，不能作为控制量输出，需要通过一种去模糊化算法得到精确的数值。

LabVIEW中提供了多种去模糊化方法，常用的是面积重心（Center of Area）法。该方法对模糊输出量中各元素及其对应的隶属度求加权平均值后作为输出结果。

5）模糊控制系统软件设计。

fuzzyPID控制器设计完成后先保存为.fs文件，然后在LabVIEW程序框图中通过Load Fuzzy System.vi来调用。

程序根据输入值S，运用模糊算法将PID控制器的三个输入参数Kp、Ti和Td分别进行模糊化计算，然后将去模糊化后的精确结果传给PID.vi。其输出结果作为脉冲间隔时间，它是指每个脉冲的持续时间（脉冲宽度）。其值越大，表示

脉冲频率越低，从而被控电机转速就越慢。本文就是利用这点来控制电机转速的。

上位机将脉冲信号发给下位机CompactRIO，它由两部分构成：实时控制器和处理器，它们分别通过实时控制器（RealTime，RT）下的共享变量“ENA”“DIR”和现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array，FPGA）处理器下的用户自定义变量“PUL”来实现与主机的通信。

2.2 硬件实验平台搭建

实验平台硬件主要由上位机（PC）、下位机（嵌入式CompactRIO平台）、直流电机驱动器、无刷直流电机、打孔机和直流电源组成。其中：上位机用于发送电机控制指令，数据显示与人机交互；下位机接收上位机控制指令，产生脉冲控制信号并通过数字I/O口将信号传至直流电机驱动器；驱动器完成三环（位置、速度、力矩）闭环控制，并将信号功率放大以驱动电机工作；电机作为执行器，接收到驱动器的控制信号后作出相应的动作，并将信号反馈到驱动器进行比较，完成整个闭环控制过程，从而实现对工作台位移的精确控制。硬件结构如图6所示。

实验中打孔机仅在Z轴方向移动，XY方向的平面运动是通过电机驱动工作台来实现的。由于摄像头与打孔机位置均固定，因此所得图像坐标系与钻头坐标系仅存在平移变换关系，如图7所示。

3 实验与分析

基于图像的视觉伺服很关键的一步就是获取所需的目标图像特征。在背景不是很复杂的情况下，本实验采用自适应阈值分割法实现了对目标的分割，对环境的适应性较强。利用颜色定位和形状匹配相结合的识别与追踪方法，结果表明此方法对目标的平移、旋转、缩放具有较强的不变性，同时还具有一定的仿射不变性，因此能够准确提取到所需目标特征（即目标几何中心像素坐标值）；然后将目标特征输入到控制器，通过比较来选择相应的控制方法。这样，目标的运动信息就可以通过视觉反馈机制来控制电机的运行状态，具有较快的系统响应和较高的自适应控制能力。程序的前面板如图8所示，图像尺度发生变化后追踪结果如图9所示。

根据输入像素距离的变化，模糊PID控制器能够自适应调整Kp，Ti和Td三个参数的输出，而传统PID参数的整定过程复杂，耗时较长，有时会出现跟踪迟滞现象。模糊PID 参数在线自整定结果如图10所示。

经过多次调试后还得到了普通PID控制器与基于图像的视觉伺服fuzzyPID控制器的动态响应图和阶跃信号响应（见图11～14），通过对比来验证本文方法的优越性。

4 结语

针对传统PID控制器性能上的不足，本文设计了一种fuzzyPID控制器。采用EyetoHand视觉模型构建了一个基于

图像的视觉伺服控制系统，并且在硬件平台上完成了实验。实验结果表明，基于图像的视觉伺服fuzzyPID控制器克服了传统PID控制器的不足，具有超调量小（传统PID约为5%，本文方法约为1%）、调节时间短（传统PID至少需要大约20s，本文方法仅需约8s）、动态响应快、稳态误差小等优点，实现了对工作台的快速、平稳、自适应控制。基于视觉伺服的控制系统在理论上的定位精度可以达到亚像素级别，并且能够实现边加工边检测，以保证零件质量，提高自动化水平。

本文对基于图像视觉伺服控制的应用作了初步探索，后面可在此基础之上研究结合EyeinHand视觉模型的视觉伺服智能控制系统，以实现对动态目标的实时定位、跟踪与捕捉。

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PID-比例积分微分控制方法：原理浅释及相关资料搜集

PID－比例积分微分控制方法：原理浅释及相关资料搜集 2010-05-13 21:39:22| 分类：软件技术编程开| 标签：|字号大中小订阅 PID原理和调节（转贴） 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。 一个控制系统包括控制器﹑传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。 不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。 目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator），其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PI D控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器（PLC）是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器（PLC）可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统（open-loop control system）是指被控对象的输出（被控制量）对控制器（cont roller）的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统（closed-loop control system）的特点是系统被控对象的输出（被控制量）会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（Negative Feedback），若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后﹐系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性（stability），一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的﹔准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来（Steady-state error）描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差﹔快是指控制系统响应的快速性，通常

PID比例积分微分

尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。 比例（P）控制 单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。 对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。 单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。 比例积分（PI）控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。 积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。 积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。 积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。 比例微分（PD）控制

PID 调节比例积分微分作用的特点和规律总结

（一） 在自动控制系统中，P、I、D调节是比例调节，积分调节和微分调节作用。调节控制质量的好坏取决于控制规律的合理选取和参数的整定。在控制系统中总是希望被控参数稳定在工艺要求的范围内。但在实际中被控参数总是与设定值有一定的差别。调节规律的选取原则为：调节规律有效，能迅速克服干扰。 比例、积分、微分之间的联系与相匹配使用效果 比例调节简单，控制及时，参数整定方便，控制结果有余差。因此，比例控制规律适应于对象容量大负荷变化不大纯滞后小，允许有余差存在的系统，一般可用于液位、次要压力的控制。 比例积分控制作用为比例及时加上积分可以消除偏差。积分会使控制速度变慢，系统稳定性变差。比例积分适应于对象滞后大，负荷变化较大，但变化速度缓慢并要求控制结果没有余差。广泛使用于流量，压力，液位和那些没有大的时间滞后的具体对象。 比例微分控制作用：响应快、偏差小，能增加系统稳定性，有超前控制作用，可以克服对象的惯性，控制结果有余差。适应于对象滞后大，负荷变化不大，被控对象变化不频繁，结果允许有余差的系统。 在自动调节系统中，E=SP-PV。其中，E为偏差，SP为给定值，PV为测量值。当SP 大于PV时为正偏差，反之为负偏差。 比例调节作用的动作与偏差的大小成正比；当比例度为100时，比例作用的输出与偏差按各自量程范围的1：1动作。当比例度为10时，按lO：l动作。即比例度越小。比例作用越强。比例作用太强会引起振荡。太弱会造成比例欠调，造成系统收敛过程的波动周期太多，衰减比太小。其作用是稳定被调参数。 积分调节作用的动作与偏差对时间的积分成正比。即偏差存在积分作用就会有输出。它起着消除余差的作用。积分作用太强也会引起振荡，太弱会使系统存在余差。 微分调节作用的动作与偏差的变化速度成正比。其效果是阻止被调参数的一切变化，有超前调节的作用。对滞后大的对象有很好的效果。但不能克服纯滞后。适用于温度调节。使用微分调节可使系统收敛周期的时间缩短。微分时间太长也会引起振荡。 参数设定的方法一般是，先比例次积分后微分的顺序进行。看曲线调参数，从调节品质的曲线逐步找到最佳参数． 在随动系统中，采用数字PI控制可以达到控制精度高、无超调、响应快、曲线拟合精度高等优点，并简化了控制电路。传统的位置式PI算法一般是可以达到基本控制要求，但必须有一个前提：控制周期要足够小。如果控制周期过长，曲线拟合差，要达到15％的曲线拟合误差有点困难，甚至可能会造成系统失控，并造成对机械设备的损伤。因此，针对本文所提到的控制系统，不能简单的采用位置式PI算法，而应该对其进行改进，以适应该控制系统的要求。 比例系数K是和每次采样的偏差值有直接关系，因此提高Kp能使系统响应较快；同时积分系数Ⅸ尾和前面所有的采样偏差值有关，由于采样周期长，每次采样的

积分、微分、比例运算电路

模拟电路课程设计报告 题目：积分、微分、比例运算电路 一、设计任务与要求 ①设计一个可以同时实现积分、微分和比例功能的运算电路。 ②用开关控制也可单独实现积分、微分或比例功能 ③用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V）。 二、方案设计与论证 用桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V），为运算电路提供偏置电源。此电路设计要求同时实现比例、积分、微分运算等功能。即在一个电路中利用开关或其它方法实现这三个功能。

方案一： 用三个Ua741分别实现积分、微分和比例功能，在另外加一个Ua741构成比例求和运算电路，由于要单独实现这三个功能，因此在积分、微分和比例运算电路中再加入三个开关控制三个电路的导通与截止，从而达到实验要求。 缺点：开关线路太多，易产生接触电阻，增大误差。此运算电路结构复杂，所需元器件多，制作难度大，成本较高。并且由于用同一个信号源且所用频率不一样，因此难以调节。 流程图如下： 图1 方案二: 用一个Ua741和四个开关一起实现积分、微分和比例功能，并且能够单独实现积分、微分或比例功能。 优点：电路简单，所需成本较低。 电路图如下： 积分运算电路 微分运算电路 比例运算电路 比例求和运算电路

图2 三、单元电路设计与参数计算 1、桥式整流电容滤波集成稳压块电路设计电路所需的正负直流电源（±12V ）。 其流程图为： 图3 直流电源电路图如下： 电源变 压器 整流电路 滤波电路 稳压电路

V1220 Vrms 50 Hz 0?? U11_AMP T1 7.32 1D21N4007 D3 1N4007D4 1N4007 C13.3mF C23.3mF C3220nF C4220nF C5470nF C6470nF C7220uF C8220uF U2LM7812CT LINE VREG COMMON VOLTAGE U3LM7912CT LINE VREG COMMON VOLTAGE D51N4007D61N4007 LED2 LED1 R11k|?R21k|?23 4 5 D1 1N400715 16 6 7 14 17 图4 原理分析： (1)电源变压器： 由于要产生±12V 的电压，所以在选择变压器时变压后副边电压应大于24V,由现有的器材可选变压后副边电压为30V 的变压器。 (2)整流电路： 其电路图如下： 图5 ①原理分析： 桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，

PID中比例积分微分经验调节要点

PID中比例积分微分的经验调节 PID调节经验 Kp: 比例系数 ----- 比例带（比例度）P：输入偏差信号变化的相对值与输出信号变化的相对值之比的百分数表示（比例系数的倒数） T：采样时间 Ti: 积分时间 Td: 微分时间 温度T: P=20~60%,Ti=180~600s,Td=3-180s 压力P: P=30~70%,Ti=24~180s, 液位L: P=20~80%,Ti=60~300s, 流量L: P=40~100%,Ti=6~60s。 （1）一般来说，在整定中，观察到曲线震荡很频繁，需把比例带增大以减少震荡；当曲线最大偏差大且趋于非周期过程时，需把比例带减少 （2）当曲线波动较大时，应增大积分时间；曲线偏离给定值后，长时间回不来，则需减小积分时间，以加快消除余差。

（3）如果曲线震荡的厉害，需把微分作用减到最小，或暂时不加微分；曲线最大偏差大而衰减慢，需把微分时间加长而加大作用 （4）比例带过小，积分时间过小或微分时间过大，都会产生周期性的激烈震荡。积分时间过小，震荡周期较长；比例带过小，震荡周期较短；微分时间过大，震荡周期最短 （5）比例带过大或积分时间过长，都会使过渡过程变化缓慢。比例带过大，曲线如不规则的波浪较大的偏离给定值。积分时间过长，曲线会通过非周期的不正常途径，慢慢回复到给定值。 注意：当积分时间过长或微分时间过大，超出允许的范围时，不管如果改变比例带，都是无法补救的 1. PID调试步骤 没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说：PID调节器是其它控制调节算法的吗。 为什么PID应用如此广泛、又长久不衰？ 因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。 由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤： 1．负反馈 自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。 2．PID调试一般原则 a.在输出不振荡时，增大比例增益P。 b.在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti。 c.在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。

PID(比例微分积分)

PID(比例微分积分)调节口诀 PID(比例微分积分)调节口诀（转贴） 1. PID常用口诀: 参数整定找最佳，从小到大顺序查，先是比例后积分，最后再把微分加，曲线振荡很频繁，比例度盘要放大，曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳，曲线偏离回复慢，积分时间往下降，曲线波动周期长，积分时间再加长，曲线振荡频率快，先把微分降下来，动差大来波动慢，微分时间应加长，理想曲线两个波，前高后低4比1， 2. 一看二调多分析，调节质量不会低 2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s压力P: P=30~70%,T=24~180s, 液位L: P=20~80%,T=60~300s, 流量L: P=40~100%,T=6~60s。 3.PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID 调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-stat e Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性

PID(比例-积分-微分)控制器

PID控制——简而优秀 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为

因此它的传递函数为： 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。

在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。 在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决： 如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。 如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。 因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID 参数。 但仍不可否认PID也有其固有的缺点： PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。 虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。

PID控制——比例控制、积分控制、微分控制

PID控制——比例控制、积分控制、微分控制 比例控制 TITLE:比例控制(P) (Proportional control action) 比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。 比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。用MVp运算式的设定举例: 图1

图2：比例带与输出的关系。 稳态误差(Off set) 比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(off set)。仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。比例带小时不会产生。为消除稳态误差，我们设定手动复位值--manual reset值(MR)，以消除控制误差。 图3：比例控制产生的off set。 手动复位(Manual reset)

式1：MR: manual reset值。 如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。为此，将 MR(manual reset值)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于off set的量，就能与目标值一致。这就叫做手动复位(manual reset)，通常比例调节器上 配有此功能。在实际的自动控制中，每次发生off set时以手动进行reset的话，这样并不实用。在后面将叙述的积分控制功能，能自动消除稳态误差。 图4 积分控制 积分控制(I) (Integral control action) 所谓积分控制(I)，就是在出现稳态误差时自动的改变输出量，使其与手动复位动作的输出量相同，达到消除稳态误差的目的。当系统存在误差时，进行积分控制，根据积分时间的大小调节

比例 积分 微分

就是一种控制方式，通常叫做PID，在网上一搜一大堆， 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。 但积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，为了使系统在进入稳态后无稳态误差，通常采用比例+积分(PI)控制器，微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 形象点：比例跟偏差成正比，决定响应速度；积分的作用是使系统稳定后没有静差（如：你要得到输出是10，积分就能使最后结果是10，静差为0也即没有静差）；微分的作用使输出快速的跟定输入，也就是说你输入偏差变大，我“立刻”变化是你变小，抑制你。 在控制领域，PID是一种经典的调节方法。在实际的过程控制与运动控制系统中，PID 家族占有相当的地位，据统计，工业控制的控制器中PID类控制器占有90%以上（K J ?str?m and T. H?gglund. PID Controllers: Theory,Design and Tuning. Instrument Society of America, 1995）。PID控制器是最早出现的控制器类型，因为其结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术人员的喜爱。 更专业的只是你就要查看自动化的专业课：自动控制原理，过程控制原理等。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID(比例积分微分)控制器

PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，它是一个数学物理术语。 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC 系统等等。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制: 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制: 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制: 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

PID(比例-积分-微分)

自动控制原理实验报告 实验名称：线性系统的时域分析 实验时间：2013.12.25 实验地点： 实验学生（签名）： 实验设备验收人员（签名）： 实验成绩： 实验指导教师（签名）：————————————————————————————— 一、实验目的 1、认识各种电路元件，了解其功能，并能在电路板上连接电路图，分析电路的工作原理。 2、掌握线性系统的时域特性规律，观察比例微分环节、比例-积分-微分环节输出时域响应曲线，并测量相应参数。 3、熟悉自动控制原理实验装置，能够熟练运用LabACTn软件解决线性系统的时域输出响应。 二、实验原理及内容 1、微分环节 为了便于观察比例微分的阶跃响应曲线，本实验增加了一个小惯性环节，其模拟电路如图3-1-5所示。

图3-1-5 典型比例微分环节模拟电路 实际比例微分环节的传递函数：)11((S)(S)(S)S TS K U U G i O τ++== 微分时间常数：C R R R R R T )( 32 12 1++= 惯性时间常数：C R 3=τ 02 1R R R K += 额外定义如下参数： 3 3 21)//(R R R R K D += s K T D 06.0=?=τ 比例微分环节对幅值为A 的阶跃响应为：))(()(K t KT A t U A +=δ 2、PID （比例-积分-微分）环节 PID （比例-积分-微分）环节模拟电路如图3-1-6所示。 图3-1-6 PID （比例-积分-微分）环节模拟电路 典型PID 环节的传递函数： s T K s T K K s T s T K s U s U s G d p i p p d i p i O ++=++== )1 1()()()( 其中 232121)( C R R R R R T d ++=， 121)(C R R T i +=， 02 1 R R R K p +=。 惯性时间常数： 23C R =τ， τ?=D d K T ， 3 3 21)R //(R R R K D += 。 典型PID 环节对幅值为A 的阶跃响应为： ] )([)(0t T K t T K K A t U i p d p p + +?=δ

比例、积分、微分控制策略

比例、积分、微分控制策略 尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。 比例(P)控制 单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太大，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。 对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍小些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选大一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。 单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。 比例积分(PI)控制 比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。 积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小)，一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。 积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。 积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。 比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。 比例微分(PD)控制 比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度(比例作用)，又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。 微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作

基本运算电路比例积分微分

第一节基本运算电路 一、比例运算电路 比例运算电路有反相输入、同相输入和差动输入三种基本形式。1．反相比例运算电路 ·平衡电阻――使两个差分对管基极对地的电阻一致，故R 2 的阻值为 R 2＝R 1 //R F 反相比例运算电路 ·虚地概念 运放的反相输入端电位约等于零，如同接地一样。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。 可求得反相比例运算放大电路的输出电压与输入电压的关系为 反相比例运算电路的输入电阻：由于反相输入端为“虚地”，显然电路的输 入电阻为 R i ＝R 1 。 反相比例运算电路有如下几个特点： ①输出电压与输入电压反相，且与R F 与R 1 的比值成正比，与运放内部各项 参数无关。当R F ＝R 1 时，u O ＝－u I ，称为反相器。 ②输入电阻R i ＝R 1 ，只决定于R 1 ，一般情况下反相比例运算电路的输入电阻 比较低。 ③由于同相输入端接地，反相输入端为“虚地”，因此反相比例运算电路没有共模输入信号，故对运放的共模抑制比要求相对比较低。 2．同相比例运算电路 利用“虚短”和“虚断”，可得输出电压与输入电压的关系为

同相比例运算电路有如下几个特点： ①输出电压与输入电压同相，且与R F 与R 1 的比值成正比，电压放大倍数 当R f ＝∞或R 1 ＝0时，则u O ＝u I 。这种电路的输出电压与输入 电压幅度相等、相位相同，称为电压跟随器，又称为同相跟随器。 ②同相比例运算电路的输入电阻很高。由于电路存在很深的负反馈实际的输入电阻要比R id 高很多倍。 ③同相比例运算电路由于u ＋＝u － 而u ＋ ＝u I ，因此同相比例运算电路输入端 本身加有共模输入电压u IC ＝u I 。故对运放的共模抑制比相对要求高。 无论是反相比例运算电路还是同相比例运算电路由于引入的是电压负反馈（详细分析见第七章），所以输出电阻R o 很低。 3．差分比例运算电路 利用“虚短”和“虚断”，即i ＋＝i － ＝0、u ＋ ＝u － ，应用叠加定理可求得 当满足条件R 1＝R 2 、R F ＝R 3 时， 电路的输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了差分比例运算。 电路的差模输入电阻为R i ＝2R 1 。 缺点：对元件的对称性要求较高，外接电阻要求精密匹配，即使选用误差为±0.1％的电阻，也往往不能满足要求。在要求改变运算关系时，又必须同时选配两对高精密电阻，非常不方便。输入电阻不够高。 4．比例电路应用实例 二、加法电路

什么是比例积分控制

什么是比例积分控制 我接触楼宇自控，常常碰到比例积分阀及其PID比例积分控制。比例是指什么，积分是指什么，如何进行比例积分真弄不明白。请BA、空调大鳄出手指教。 PID是比例,积分,微分的缩写. 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的 不稳定。 积分调节作用：是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,直至无差,积分 调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律 结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能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。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。 还是要弄明白这三个参数的意义,到时候设置PID参数就好设置了.另外,可以去网上查查PID控制. PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数

pid控制器比例积分微分控制规律优缺点及适用场合

PID控制器比例、积分、微分控制规律优缺点及适用场合 P控制规律 比例控制的输出信号与输入偏差成比例关系。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小偏差，是最基本的控制规律。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 I控制规律 对于一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个系统是有差系统。为了消除稳态误差，必须引入积分控制规律。积分作用是对偏差进行积分，随着时间的增加，积分输出会增大，使稳态误差进一步减小，直到偏差为零，才不再继续增加。因此，采用积分控制规律的主要目的就是使系统无稳态误差，提高系统的准确度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。由于积分引入了相位滞后，使系统稳定性变差。因此，积分控制一般不单独使用，通常结合比例控制构成比例积分(PI)控制器。 D控制规律 在微分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的微分(即偏差的变化率)成正比关系。可减小超调量，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

微分控制反映偏差的变化率，只有当偏差随时间变化时，微分控制才会对系统起作用，而对无变化或缓慢变化的对象不起作用。因此微分控制在任何情况下不能单独与被控制对象串联使用。 需要说明的是，对于一台实际的PID控制器，如果把微分时间TD调到零，就成为一台比例积分控制器；如果报积分时间TI放大到最大，就成了一台比例微分控制器；如果把微分时间调到零，同时把积分时间放到最大，就成了一台纯比例控制器。 由于PID控制规律综合了比例、积分、微分三种控制规律的优点，具有较好的控制性能，因而应用范围更广。PID控制器可以调整的参数是KP、TI、TD。适当选取这三个参数的数值，可以获得较好的控制质量，实际应用过程中很多工程技术人员对PID参数整定不是很数量，这是应选择自整定功能强和控制算法先进的人工智能调节器，方便获得最佳的PID参数。在选择PID控制规律时，应根据被控对象的动态、静态特性以及实际控制要求和控制品质来选择。