简述PID控制原理及作用 pid算法是什么意思 _知识分享

今天通过图文的形式给大家讲解什么是PID？PID各个参数有什么作用？哪些场合会用到PID？快来一起学习一下吧！
啥是PID？
PID ，就是“比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）” ，是一种很常见的控制算法。
PID已经有107年的历史了，它并不是什么很神圣的东西，大家一定都见过PID的实际应用。
比如四轴飞行器，再比如平衡小车......还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器....
就是类似于这种：需要将某一个物理量“保持稳定”的场合（比如维持平衡，稳定温度、转速等）， PID都会派上大用场。
那么问题来了：
比如，我想控制一个“热得快” ，让一锅水的温度保持在50℃ ，这么简单的任务，为啥要用到微积分的理论呢。
你一定在想：
这不是so easy嘛~ 小于50度就让它加热，大于50度就断电，不就行了？几行代码用Arduino分分钟写出来。
没错~在要求不高的情况下，确实可以这么干~ But！如果换一种说法，你就知道问题出在哪里了：
如果我的控制对象是一辆汽车呢？
要是希望汽车的车速保持在50km/h不动，你还敢这样干么。
设想一下，假如汽车的定速巡航电脑在某一时间测到车速是45km/h 。它立刻命令发动机：加速！
结果，发动机那边突然来了个100%全油门，嗡的一下，汽车急加速到了60km/h 。
这时电脑又发出命令：刹车！
结果，吱...............哇............(乘客吐)
所以，在大多数场合中，用“开关量”来控制一个物理量，就显得比较简单粗暴了。有时候，是无法保持稳定的。因为单片机、传感器不是无限快的，采集、控制需要时间。
而且，控制对象具有惯性。比如你将一个加热器拔掉，它的“余热”（即热惯性）可能还会使水温继续升高一小会。

文章插图
三个控制环节的作用
我们先只说PID控制器的三个最基本的参数：kP,kI,kD 。
kP的作用：
P就是比例的意思。它的作用最明显，原理也最简单。我们先说这个：
需要控制的量，比如水温，有它现在的『当前值』，也有我们期望的『目标值』。

当两者差距不大时，就让加热器“轻轻地”加热一下。

要是因为某些原因，温度降低了很多，就让加热器“稍稍用力”加热一下。

要是当前温度比目标温度低得多，就让加热器“开足马力”加热，尽快让水温到达目标附近。

这就是P的作用，跟开关控制方法相比，是不是“温文尔雅”了很多
实际写程序时，就让偏差（目标减去当前）与调节装置的“调节力度” ，建立一个一次函数的关系，就可以实现最基本的“比例”控制了~
kP越大，调节作用越激进， kP调小会让调节作用更保守。
要是你正在制作一个平衡车，有了P的作用，你会发现，平衡车在平衡角度附近来回“狂抖” ，比较难稳住。
如果已经到了这一步——恭喜你！离成功只差一小步了~
kD的作用：
D的作用更好理解一些，所以先说说D ，最后说I 。
刚才我们有了P的作用。你不难发现，只有P好像不能让平衡车站起来，水温也控制得晃晃悠悠，好像整个系统不是特别稳定，总是在“抖动” 。

文章插图
你心里设想一个弹簧：现在在平衡位置上。拉它一下，然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小，它可能会震荡很长时间，才会重新停在平衡位置。
请想象一下：要是把上图所示的系统浸没在水里，同样拉它一下：这种情况下，重新停在平衡位置的时间就短得多。
我们需要一个控制作用，让被控制的物理量的“变化速度”趋于0 ，即类似于“阻尼”的作用。