3。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报荡其至失稳，其原因是由于存在较大的惯性组件(环节)或滞后( delay)组件，这些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4。闭环控制系统特点

控制系统一般包括开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统(Open- loop ControSystem)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器( controller)的输出没有影响，在这种控制系统中不依赖将被控制量反送回来以形成任何闭环回路。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值信号相反，则称为负反愤

( Negative Feedback)：若极性相同，则称为正反馈( PositiFeedback)。一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。可见，闭环控制系统性能远优于开环控制系统5。P|D控制器的参数整定

PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性，确定积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多括起来有如下两大类。

它主要依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据不可以直接使用，还必须通过工程实际进行调整和修改(2)工程整定法

它主要依赖于工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、

易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲法和衰减法。这三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行进行*后的调整与完善

现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行PID控制器参数的整定步骤如下1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作

2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期

3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数6。P|D控制器的主要优点

PID控制器成为应用*广泛的控制器，它具有以下优点

1)PID算法蕴涵了动态控制过程中过去、现在、将来的主要信息，而且其配置几乎*优。其中，比例(P)代表了当前的信息，起纠正偏差的作用，使过程反应迅速。微分(D)在信号变化时有超前控制作用，代表将来的信息。在过程开始时强迫过程进行，过程结束时减小超调，克服振荡，提高系统的稳定性，加快系统的过渡过程。积分(I)代表了过去积累的信息，它能消除静差，改善系统的静态特性。此三种作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、准确，收到良好的效果。

2)PID控制适应性好，有较强的鲁棒性，对各种工业应用场合，都可在不同的程度上用。特别适于“一阶惯性环节+纯滞后”和“一阶惯性环节+纯滞后”的过程控制对象3)PID算法简单明了，各个控制参数相对较为独立，参数的选定较为简单，形成了完整的设计和参数调整方法，很容易为工程技术人员所掌握

4)PID控制根据不同的要求，针对自身的缺陷进行了不少改进，形成了一系列改进的PID算法。例如，为了克服微分带来的高频干扰的滤波PID控制，为克服大偏差时出现饱和超调的PID积分分离控制，为补偿控制对象非线性因素的可变增益PD控制等。这些改进算法在一些应用场合取得了很好的效果。同时当今智能控制理论的发展，又形成许多智能PID控制方法。