前面的文章已經針對PID進行過分析：PID是比例、積分、微分的三種控制方式組合成的控制算法的稱謂。

在使用PID算法進行控制的時候，難點往往都不是怎么樣去用代碼實現，而是PID控制器的參數整定。PID參數整定是非常關鍵的，這些參數的設置影響了PID控制算法的快速性、穩定性。所以正確地理解PID各參數的實際物理意義，對PID控制來說是非常重要的。

對PID的理解還是與鍋爐加熱系統的溫度控制來加以說明。對鍋爐而言，我們不考慮其他的控制功能和附加因素，就以控制溫度穩定在我們期望值而言對PID控制算法進行剖析。

1、 比例控制起什么作用？

假設鍋爐系統啟動的時候，距離我們期望的溫度500℃是有很大的差距的，這個時候就通過比例控制的方式加大調節力度，讓溫度快速變化到期望的溫度。

這個時候的比例系數的選取就非常的重要：

比例系數如果太小，調節的力度不夠，使系統輸出量(溫度值)變化緩慢，調節所需的總時間過長。

增大比例系數：可以使系統反應靈敏，調節速度加快，還可以減小穩態誤差。但比例系數如果過大，調節力度太強，容易造成調節過頭，嚴重的甚至使溫度忽高忽低，來回震蕩，超調量也會增大，這不是我們希望看到的。

所以，單純的比例控制很難讓確保調節的穩定，也難以做到完全消除誤差。

2、積分控制起什么作用？

在控制系統中，輸出量與設定值兩者的差值就是控制的偏差，有偏差就說明輸出量并未穩定在期望值上，需要繼續調節。

以鍋爐溫度的調節來說，假如溫度的調節是通過調節電位器實現的，積分控制就相等于是根據誤差值去改變電位器的角度。如果輸出的溫度低于設定值，那偏差就為正，積分項是增大的，這個時候就要增大電位器的角度，使電流變大，溫度升高。反之，如果輸出的溫度高于設定值，那偏差就為負，積分項是減小的，這個時候就要減小電位器的角度，使電流變小，溫度降低。

總而言之，PID控制中，積分作用就是對偏差的累積，用于消除靜差。積分累積效果可以參見下圖。

但是積分作用它本身是有滯后的特性的。如果積分作用太強的話，相當于電位器的角度扭的太大了，超調容易增大；而積分作用太弱的話，消除靜差的速度又很緩慢，對控制效果不夠明顯。

所以，積分的比例系數要選擇合適，才能達到比較好的調節效果。

3、微分控制起什么作用？

在PID中，微分就是反映偏差的變化速率的。系統的偏差變化越快，那微分的絕對值就越大，反之絕對值越小。

當系統的偏差增大時，微分為正，偏差減小時，微分為負。系統的輸出量的微分部分與偏差的微分成正比，是可以反映被控量的變化趨勢的。

4、采樣周期

PID控制算法中，一個很重要的時間參數 — 采樣周期。

這個采樣周期怎么理解呢？簡單而言，PID控制算法是按照一定的周期執行的，那這個執行的周期就稱為采樣周期。

一般而言，采樣周期越小，PID算法調控作用就越頻繁，控制效果就會越迅速。反之，采樣周期越大，PID調控作用就越滯后，控制效果就會變差。

那這么說的話，是不是只要采樣周期越小就越好呢？答案肯定是否定的。因為現在很多的PID控制算法都是通過計算機程序實現的，如果采樣周期太小的話，會增加計算機的CPU運算負擔和工作量，而且一般相鄰幾次的采樣不會有很大的偏差，變化也不會很大，所以采樣周期也沒必要太小。

5、PID的參數整定

PID參數的整定過程才是最重要的過程，一般的整定流程如下：

1）先只加P控制，通過調整P的參數，讓變化較快，但是到達設定值之后的振蕩幅度比較小即可。

2）然后加入I控制，這個時候適當減小P的參數值，一點點的增加I的參數，然后看輸出效果。

3）P和I都設置后好，再一點點加D，這個時候可能P、I、D三個參數都需要調整，以求最后找到比較合適的參數。

總而言之，參見下面的步驟進行：

（1）P（比例）：先調大后調小，觀察輸出的響應曲線。

如果響應過沖較大，再次適當減小 P 值，直到達到理想的響應。

（2）I（積分）：先將 I 設為零，逐漸增加 I 值。

觀察輸出是否有穩定的偏差，如果有，則增大 I 值。

但是要注意，過大的 I 值可能導致系統不穩定，所以需要進行適度的試驗和調整。

（3）D（微分）：先將 D 設為零，逐漸增加 D 值。

觀察輸出是否有震蕩或振蕩的現象，如果有，則減小 D 值。

微分作用主要是抑制系統的過沖和震蕩，但是過大的 D 值也可能導致系統不穩定。

對于這個PID參數的整定，我個人認為沒什么一步到位的好方法，針對不同的系統，同樣的控制算法，參數都不會一樣的，還要根據實際的情況去調節。

下面有一個PID參數調節的順口溜：

參數整定找最佳，從小到大順序查。

先是比例后積分，最后再把微分加。

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳。

曲線偏離回復慢，積分時間往下降。

曲線波動周期長，積分時間再加長。

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來。

動差大來波動慢，微分時間應加長。

理想曲線兩個波，前高后低4比1。

一看二調多分析，調節質量不會低 。

奉圖一張：