PID 控制器將對閉環(huán)控制環(huán)中的誤差信號進(jìn)行處理并試圖對被控量進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得期望的系統(tǒng)響應(yīng)。被控參數(shù)可以是任何可測量的系統(tǒng)參量，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或磁通。PID 控制器的優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對一個或多個增益值進(jìn)行整定并觀察系統(tǒng)響應(yīng)變化情況來確定合理的增益參數(shù)。
數(shù)字PID 控制器的以周期性采樣方式執(zhí)行。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高可以滿足系統(tǒng)控制要求。誤差信號通過將被控參數(shù)的期望設(shè)定值減去該參數(shù)的實(shí)際測量值來獲得。誤差的符號表明控制輸入所要求的變化方向。
PID 控制器的比例（P）項(xiàng)由誤差信號乘以P 增益形成，該項(xiàng)使PID 控制器產(chǎn)生的控制響應(yīng)為誤差幅值的函數(shù)（即比例關(guān)系）。當(dāng)誤差信號增大時，控制器的P 項(xiàng)也將變大以實(shí)現(xiàn)更大的校正效果。P 項(xiàng)的效果是隨著時間變化趨向于使系統(tǒng)總誤差減小。然而，當(dāng)誤差趨近于零時，P 項(xiàng)的效果將不明顯。在大多數(shù)系統(tǒng)中，被控參數(shù)的誤差將十分接近于零但并不收斂。因此仍存在小的靜態(tài)誤差。
PID 控制器的積分（I）項(xiàng)用來消除小的靜態(tài)誤差。I 項(xiàng)將對誤差信號連續(xù)累計(jì)。因此，隨著時間變化小的靜態(tài)誤差可累計(jì)為較大的誤差值。將該累計(jì)誤差信號與I 增益因子相乘即可獲得PID 控制器的I 輸出項(xiàng)。
PID 的微分（D）項(xiàng)用于改善控制器的速度并響應(yīng)誤差信號的變化率。D 項(xiàng)輸入通過將前一誤差值減去當(dāng)前誤差值來獲得。兩者的差值乘以D 增益因子便獲得PID 控制器的D 輸出項(xiàng)。系統(tǒng)誤差變化越快，則控制器的D 項(xiàng)將產(chǎn)生的控制輸出越大。
PID 增益整定
PID 控制器的P增益設(shè)定了整個系統(tǒng)的響應(yīng)。當(dāng)開始調(diào)節(jié)控制器時，應(yīng)將I 和D 增益設(shè)置為零。隨后，可增加P 增益直至系統(tǒng)對設(shè)定點(diǎn)變化響應(yīng)良好，沒有過大的超調(diào)或振蕩發(fā)生。使用較小的P 增益值將使得系統(tǒng)響應(yīng)較慢，而較大的P 增益值將使得系統(tǒng)響應(yīng)較快。此時，可能無法使系統(tǒng)響應(yīng)收斂到設(shè)定值。
在確定合適的P 增益之后，可緩慢增加I 增益值以使系統(tǒng)誤差為零。在大多數(shù)系統(tǒng)中只需設(shè)置較小的I增益值。需要注意的是，如果I 增益取值過大，其效果可能抵消P 項(xiàng)的作用，即使得整體控制響應(yīng)變慢并使系統(tǒng)在設(shè)定點(diǎn)附近振蕩。如果發(fā)生振蕩，減小I 增益并增大P 增益通?？梢越鉀Q這一問題。
D 增益可加快系統(tǒng)響應(yīng)。然而，在使用該增益時必須注意，該項(xiàng)可能產(chǎn)生較大的輸出擺動，從而可能引起電機(jī)機(jī)械損壞。
