干货！9成工控人都需要的，白话PID控制的真正原理

很多的工控人，特别是一些新手入门的，有的甚至是一些入行很多年的朋友都没有搞清楚，到底什么是PID，PID的原理又是什么?这一节由我来为大家用通俗易懂的白话，讲解一下PID,文中若有什么不到之处，希望大家谅解。

一辆自动驾驶的汽车在马路上（不考虑路况），从0开始加速，然后维持在80km/h的速度上匀速行驶。我们先用常理来分解一下。

想要维持在80km/h，很多人会说，那还不简单，看到大于80的时候把油门全部松掉，小于80的时候把油门全速加上去。这样能不能达到效果呢？可以想象，这时候车速是这样的，汽车全力加速，减速会让汽车很不稳，这时候波动非常大，速度波动范围大概是60到100之间波动。这样让人在汽车上面坐很没有体验感。

这时有人会想了，那能不能这样，我在从0升速到80，开始时候全力加速，越靠近80，油门越小，到了80再松掉油门。这样可以吗？这当然可以的，很聪明。那这是什么线性关系呢? 我们用sv表示设定速度80，pv是当前实际速度。 那PV-SV是不是当前速度的误差值。执行我们控制的是什么?油门的大小，我们把油门定义为输出值out，是0-100之间的数值表示。那应该怎么计算，速度等于0时候油门是100，速度80时候油门是0。是不是这样有一个系数要引入进去。P*(PV-SV)=out，我们计算一下p是多少，100/(80-0）=1.25，那这里p是叫什么呢?是不是叫比例。很高兴，这里大家应该明白什么叫比例了?

那这样能不能满足系统要求，匀速在80速度不变呢，可以想象一下，这时候车的速度应该是稳定在75到85之间运行。是不是比刚才稳定了一些?但是还不是很完美，我们做工控自动化的，要讲究完美，要尽量做到最好。

这时有人会想了，速度等于80的时候最好能保留一点油门，不至于让油门全部掉下去，这样才能稳定在80左右。那保留多少油门量呢？用我们之前的算法好像不能满足要求，因为sv-pv速度一样的时候，误差是0，乘上比例是不可能让这时候油门有输出的。我们能不能让速度从0加速到80的过程中，每秒时间累积加一个值，加速共用60秒，让60秒内累积一个值，让速度到80时候油门有输出，这时候的油门就是out=p(sv-pv)+a,这里的a就是我们从0加速到80过程时累积加的一个值。那这里的60秒叫什么？自动化原理中把它叫做积分时间。那这样能不能满足要求呢？可以看到，这时候系统已经很稳定了，汽车速度匀速在80左右，79-81之间运行。是不是很完美?

恭喜大家，到这里，其实大家已经把积分也搞明白了，也就是pid中的i.

这时候天空突然刮起了阵风，一阵一阵的，一会大一点，一会小一点，一会又停下来。汽车这时候速度虽然不是波动很大，但是已经没有之前在79-81之间稳定了，这时候速度会在76到85之间运行，这时候不稳定主要是因为风来的时候，汽车有阻力，汽车速度减小了下来，油门就会自动加上去，系统又能满足要求运行了，这时候风突然停了，车速就会因为风阻力的突然消失，一下子超调很多，加速到85以上。那我们能不能在有风的那段时间呢，不至于加速很多，又能满足要求呢？当然可以的，我们可以在有风来的那段时间内，因为车速减下来，而加上去的油门值，减去一部分。让风突然停下来时候，不至于超调很多。这时油门值OUT= P(SV-PV)+a+b，(b这时候是负数)。b就是我们自动化pid里面的D微分。我们想象一下，这时候的车速是什么样的，阻力的风来了b是负数，有顺风来了，b是正数。车速不会因为一阵阵的风而上下偏差很大。

恭喜大家到这里大家总算搞明白了pid的基本原理，最后我们来总结一下，OUT=P(SV-PV)+a+b，out是输出值，sv是设定值, PV是过程实际值，P(SV-PV)就是比例项，a就是积分项，b就是微分项。

Out=比例项+积分项+微分项。

谢谢大家。