1.1 PID控制原理

在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理框图如图1-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值y_d（t）与实际输出值y（t）构成控制偏差：

PID的控制规律为

或写成传递函数的形式：

式中，k_p为比例系数；T_I为积分时间常数；T_D为微分时间常数。

简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下。

①比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号error（t），偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。

②积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T_I，T_I越大，积分作用越弱，反之则越强。

③微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，缩短调节时间。