前言
PID控制是目前应用最为广泛的控制策略，以其简单清晰的结构、良好的鲁棒性和广泛的适用范围，深受工业界的亲睐，并且日益受到控制理论的重视。然而，PID控制其能否得到有效的发挥，一方面与PID控制其结构设计有关，另一方面也与参数整定有很大关系。具有良好自整定功能的PID控制其不但可以有效提高控制设备安装调试的效率，也可以显著改善控制效果。
总结近年来PID控制的发展趋势，可以将PID控制的发展分为两个大方向：传统PID控制技术的继续发展和各种新型控制技术与PID控制的结合。传统PID控制的发展包括自整定技术，变增益控制和自适应控制。传统PID控制的发展可以改善PID控制的效果，使PID控制器的自动化程度和对环境的适应能力不断提高。各种新型控制技术与PID控制的结合包括新型控制技术应用于PID控制器的设计与整定之中或者是使用新的控制思想设计出具有PID结构的新控制器。诸如模糊控制、神经网络等新型控制技术与PID控制的结合扩大了PID控制器的应用范围，对于解决非线性和不确定系统控制等采用传统PID控制器难以有效控制的情况收到了很好的效果。
PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。可以通过数学的方法证明，在其他控制方法导致系统有稳定误差或过程反复的情况下，一个PID反馈回路却可以保持系统的稳定。
在工业控制中，PID控制是工业控制中最常用的方法，在工业控制中占主导地位。但是, 随着火电机组容量的不断扩大，对给水控制系统提出了更高的要求：汽包蓄水量和蒸发面积减少，加快了汽包水位的变化速度；锅炉容量的扩大，显著提高了锅炉受热面的热负荷，使锅炉负荷变化对水位的影响加剧，系统动态特性变化幅度较大。对于上述传统的控制方案效果不佳，而且系统的参数整定困难。为此，一些先进的控制方法引入了控制系统的设计。为了使控制器具有较好的自适应性，实现控制器参数的自动调整，采用了模糊控制理论的方法。目前，模糊控制已成为智能自动化控制研究中最为活跃而富有成果的领域。其中，模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一。
目录 前言
第一章 自动控制系统的基础理论
1.1 自动控制系统简介
1.2 自动控制系统的一阶及二阶时域分析 1.3 自动控制系统控制特点
第二章 PID参数整定
2.1 PID参数整定的方法
2.2 PID参数工程整定方法适用范围 2.3 PID参数整定公式
第三章 PID参数整定计算
3.1 工程整定方法 3.2 理论计算方法
3.3 工程正定法与理论计算法的比较及结果分析
第四章PID在的应用
4.1 数字PID控制算法在温控系统中的应用 4.2 前馈-改进PID算法在智能车控制上的应用 4.3 基于BP神经网络整定的PID控制器的算法改进
第五章 后记 第六章 参考文献
第一章 自动控制系统的基础理论
1.1自动控制系统简介
自动控制系统是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。如图1示。这里，浮子仍是测量元件，连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较，得出误差，同时推动电位器的滑臂上下移动。电位器输出电压反映了误差的性质(大小和方向)。电位器输出的微弱电压经放大器放大后驱动直流伺服电动机，其转轴经减速器后拖动进水阀门，对系统施加控制作用。
在正常情况下，实际水位等于期望值，此时，电位器的滑臂居中，水量增大时，浮子下降，带动电位器滑臂向上移动，
uc?0uc?0uc?0。当出
ua，经放大后成为，
控制电动机正向旋转，以增大进水阀门开度，促使水位回升。当实际水位回复到期望值时，
，系统达到新的平衡状态。
可见，该系统在运行时，无论何种干扰引起水位出现偏差，系统就要进行调节，最终总是使实际水位等于期望值，大大提高了控制精度。 由此例可知，自动控制和人工控制极为相似，自动控制系统只不过是把某些装置有机地组合在一起，以代替人的职能而已。图1-2中的浮子相当于人的眼睛，对实际水位进行测量；连杆和电位器类似于大脑，完成比较运算，给出偏差的大小和极性；电动机相当于人手，调节阀门开度，对水位实施控制。这些装置相互配合，承担着控制的职能，通常称之为控制器（或控制装置）。任何一个控制系统，都是由被控对象和控制器两部分所组成的。
1.2自动控制系统时域分析 时域分析法是一种直接分析法，它是通过描述系统的微分方程或传递函数求出系统的输出量随时间的变化规律，并由此确定系统性能的一种方法。
一阶系统的时域分析
可以用一阶微分方程描述的系统称为一阶系统。其传递函数为
G(s)?K1?TS （1-1）
其中，T称为一阶系统的时间常数，G(s)可写成
G(s)?C(s)R(s) （1-2）
当r(t)?1(t)时，一阶系统的输出c(t)称为单位阶跃 此时
R(s)?1s (1-3)
C(s)?G(s)R(s)?则
K1?K(?s(Ts?1)s)1s?T (1-4)
1对上式进行拉氏变换,得
c(t)?K(1?e?tT) （1-5）
c(t)的波形如图1-1所示
一阶系统时域响应的性能指标如下
t(1)调整时间s：经过时间3T～4T，响应曲线已达到稳态值的95%～98%，可以
认为其调整过程已完成，故一般取t(s)?3～4T。
?3T,??0.05t(s)???4T,??0.02 (2)稳态误差即
ess：系统的实际输出c(t)在时间t趋于无穷大时，将趋近输入值，
ess?lim?c(t)?r(t)??0t??
(3)超调量
?p%：一阶系统的单位阶跃响应为非周期响应，是单调的，故系统无
振荡﹑无超调,
?p%?0。
图2一阶系统的单位阶跃响应曲线
二阶系统的时域分析
图3典型二阶系统的结构图
典型二阶系统的结构如图3所示，其闭环传递函数G(s)为
?n2G(s)?22s?2??ns??n (1-6)
C(s)1?22R(s)Ts?2?Ts?1 (1-7)
式中，
?n为无阻尼自由振荡角频率，简称固有频率；?为阻尼系数；
2T?1?n为
系统振荡周期。
2D(s)?s?2??ns??n?0 (1-8) 系统的特征方程为
特征根为 (1-9)
在不同阻尼比下，两个极点有不同的特征，因此其时域响应特征也不同。 1.零阻尼???0?
此时两个极点是一对纯虚根，
c(t)?1?cos(?nt)?p1,2??j?ns1,2????n??n?2?1，可求得其单位阶跃响应为
（1-10）
单位阶跃响应曲线如图4所示，是一种等幅振荡曲线,振荡角频率就是2.欠阻尼(0???1)
此时两个极点是一对负实部的共轭复根，跃响应如图5所示，是一种衰减振荡曲线。
?n。
?p1,2????n?j?n1??2，其单位阶
PID参数整定1
