一文搞懂 PID 控制原理

主要观点总结

本文主要介绍了微分、积分电路的本质以及PID控制原理。首先通过描述电容的特性，解释了微分和积分电路的工作原理，然后介绍了微分积分电路与PID控制思路的联系。文章还详细描述了PI电路、微分电路和积分电路的工作原理和波形，指出微分控制有超前预判的特性，积分控制有延迟稳定的特性。最后总结了微分、积分运算电路在调节输出方面的作用及其在PID调节速度上的差异。

关键观点总结

关键观点1: 电容的特性及与微分、积分电路的关系

电容是装载电荷的容器，其充放电过程中电压不能突变，电流可突变。微分、积分电路利用了电容的这一特性达到调节输出的目的。

关键观点2: 微分、积分电路的工作原理

微分电路和积分电路都是通过电容的充放电过程来实现对输入信号的处理。微分电路反映输入信号的变化率，有超前预判的特性；积分电路反映输入信号的积累过程，有延迟稳定的特性。

关键观点3: PID控制原理及微分、积分控制在其中的作用

PID控制包括比例P、积分I和微分D三个控制环节。微分控制有超前预判的特性，能预测误差的变化趋势；积分控制有延迟稳定的特性，能消除静态误差。在PID调节速度上，微分D控制大于比例P控制大于积分I控制。

文章预览

很多朋友觉得PID是遥不可及，很神秘，很高大上的一种控制，对其控制原理也很模糊，只知晓概念性的层面，知其然不知其所以然，那么本文从另类视角来探究微分、积分电路的本质，意在帮助理解PID的控制原理。 （PID： P表示比例控制； I表示积分控制； D表示微分控制） 在认清微分、积分电路之前，我们都知道电容的特性：电容的电流超前电压相位90°，很多教材都这么描述，让人很费解，其本质又是什么呢？ 电容的本质 要彻底掌握微分、积分电路或PID控制思路，首先得了解电容。 电容就是装载电荷的容器，从微观角度看，当电荷流入容器时，随着时间的变化极间电场逐渐增大。 以图1为例： 充电开始时Uc=0V，压差△U=Ur=Ui，此刻容器内无电荷，也就无电场排斥流入的电荷；所以电流Ic最大，表现为容抗最小，近似短路； 当Uc上升，压差△U开始 ………………………………