经典控制PID简述

好久好久~没写文章了，一是因为有点忙，二是：有时觉得有些东西值得写，但是当动笔的时候，突然又不知从何处下手，显得很滑稽。现在临近放假，有些时间，突然又有了写东西的想法，于是来水一水，嘿嘿！

控制流水线

学单片机的，会经常接触到PID控制，别不相信，虽然此时你可能因为某些知识原因还未能接触到PID控制这个概念，但是你在做一些小DIY产品的时候一定用到过PID控制（当然可能是最简单的那种，删减到不能再删减的那种），比如你在小车上安置一个声波测距模块，这个小车的功能是：移动到距离墙面10cm处停止。这样的一个系统就是一种PID控制。

先来下一个定义， PID控制是一种误差控制（以上面的小车为例：误差是指小车停止时距离墙的距离10cm与小车停止之前与墙的距离（停止之前的距离肯定大于10cm，比如11、12、13cm））。至于为什么是误差控制，在看完下面的简介之后，就会明白了。

来一张 PID基本原理图

PID控制

图中红圈内的系数是可以自己按要求来设置的（可以设置成任何数，比如0.1、0.5、5、1000，只要你不怕系统爆炸，设置成一个小目标--一亿都可以，嘿嘿），蓝色圈内是积分环节（积分环节就是将以往的值都加起来，比如从系统运行开始，到达t时刻，传入积分环节的数值依次为2、1、4、2，那么此时输出值为9，即将前面的值加起来。到达t+1时刻时，积分环节输入了一个-2，那么此时积分环节输出便为7。懂了吧），黑色圈圈为微分环节（假设在t-1时刻输入2，t时刻输入6，那么此时输出（6-2）/（t-（t-1））=4，可以看到，输出的就是导数，若在t+1时刻输入4，那么此时输出则为-2），因为笔者有点色弱，所以用的颜色区分度比较大，没有花里胡哨的感觉，哈哈，别在意奥。

PID控制是一个总称，里面可以拆分成P、I、D、 PI、PD、ID、PID控制、、，甚至也可以弄成PIDD控制、、，嘿嘿，自己领悟去。我们先分析一下最简单的P控制。

P控制

上图是P（比例）控制，来分析一下它。可以看到输入与输出的差值经过了比例环节和系统，就变成了输出。若输出小于输出，则输入和输出的差值经过比例放大变成一个很大的信号，作用于系统，此时输出在该信号下迅速向输入靠近（注意：这里输入和输出很小的一个差值经过比例环节也会放大成很大的信号），输出和输入相等时，由于惯性，输出会大于输入，此时输入和输出的差值为负，经过比例环节又会变成一个很大的负信号，迫使输出变小迅速向输入靠近。可以知道，由于惯性，输出始终不会与输入一直相等。他们之间的差值反反复复的经历正负正负。（想想一下，你单腿站立，你的身体绝对不是稳定竖直的，而是稍有摇晃，原理一样）

PI控制

上述单纯的比例环节，所产生的输出是突变的，它的比例放大系数很大，误差稍有变化便会产生很大的信号突变。此时人们便在此基础上增加了积分环节，由于积分环节的输出与以往的输入值有关，因此适当调节积分环节的系数会使系统的突变明显减缓。

PID控制

在增加了积分环节后，人们考虑能不能再系统的输出有突变的征兆时，便对其施加控制，于是便在 PI基础上添加了微分环节（微分环节求得是误差的导数，正好能代表变化的征兆）。于是便形成了经典控制--PID控制。

PID的三个环节可以按照实际的需要自己灵活组合，以便实现不同的功能。可以看到PID的各种环节都是在具有误差的基础上进行的，没有误差，三个环节便不能正常的实现各自的功能。当然没有误差也是不可能的，这太理想了！！