比例–积分–微分 (PID) 控制器，或称三项控制器，是一种基于反馈的控制回路机制，通常用于管理需要连续控制和自动调整的机器和过程。它通常用于工业控制系统和其他各种需要通过调制进行恒定控制而不需要人类干预的应用中。PID 控制器自动将期望的目标值（设定点或 SP）与系统的实际值（过程变量或 PV）进行比较。这两个值之间的差异称为误差值，表示为 。然后，它通过三种方法自动采取纠正措施，使 PV 达到与 SP 相同的值：比例 (P) 成分通过产生与误差幅度成正比的输出响应当前的误差值。这提供了基于系统与期望设定点之间距离的即时修正。积分 (I) 成分则考虑过去误差的累积值，以解决随时间推移可能存在的任何残余稳态误差，从而消除持续的差异。最后，微分 (D) 成分通过评估误差变化率来预测未来的误差，这有助于减小超调并增强系统稳定性，特别是在系统经历快速变化时。PID 输出信号可以通过电压、电流或其他调制方法直接控制执行器，具体取决于应用。PID 控制器降低了人为错误的可能性，并提高了自动化。一个常见的例子是车辆的定速巡航系统。例如，当车辆遇到山坡时，如果发动机功率输出保持不变，其速度将会下降。PID 控制器调整发动机的功率输出，以恢复车辆到其期望的速度，做到高效、延迟和超调最小化。PID 控制器的理论基础可以追溯到20世纪20年代初，当时为船舶开发的自动舵系统。这一概念后来被用于制造中的自动过程控制，首次出现在气动执行器中，并逐渐演变为电子控制器。PID 控制器广泛应用于温度调节、电动机速度控制和工业过程管理等需精确、稳定和优化的自动控制的多个应用中。基本操作 [编辑] PID 控制器在反馈回路中的框图。r(t) 是设定点 (SP)，y(t) 是测量到的过程变量 (PV)。PID 控制器最显著的特征是能够利用比例、积分和微分三个控制项对控制器输出产生影响，从而实现精准和最优的控制。右侧的框图展示了这些术语是如何生成和应用的原理。它显示了一个PID控制器，持续计算作为期望设定点和测量过程变量之间差异的误差值：，并根据比例、积分和微分项应用修正。控制器试图通过调整控制变量（例如控制阀的开度）来最小化误差，新的值由控制项的加权总和确定。PID 控制器根据误差直接生成持续的控制信号，而不是离散调制。在这个模型中：项 P 与 SP−PV 误差的当前值成正比。例如，如果误差较大，控制输出将使用增益因子 "K p" 成比例地增大。单独使用比例控制将导致设定点和过程值之间的误差，因为控制器需要误差来生成比例输出响应。在稳态过程条件下达到平衡，产生一个稳定的 SP−PV "偏移"。项 I 积分过去的 SP−PV 误差值。例如，如果在施加比例控制后仍然存在残余误差，则积分项通过添加控制效应来消除残余误差，基于误差的历史累积值。当误差被消除时，积分项将停止增长。这将导致当误差减少时比例效应减小，但这通过不断增长的积分效应来弥补。项 D 是对 SP−PV 误差未来趋势的最佳估计，基于其当前变化率。这有时被称为 "预期控制"，因为它有效地试图通过施加由误差变化率产生的控制影响来减小 SP−PV 误差的影响。变化越快，控制或阻尼效应越大。[1] 调整 – 这些效应的平衡是通过回路调整来实现的，以产生最佳控制功能。调整常数在下面以 "K" 显示，并必须为每个控制应用导出。