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1、比例调节规律的作用是，偏差一出现就能及时调节，但调节作用同偏差量是成比例的，调节终了会产生静态偏差。（简称静差） 积分调节规律的作用是，只要有偏差，就有调节作用，直到偏差为零，因此它能消除偏差。但积分作用过强，又会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡。 微分调节规律的作用是，根据偏差的变化速度进行调节，因此能提前给出较大的调节作用，大大减小了系统的动态偏差量及调节过程时间。但微分作用过强，又会使调节作用过强，引起系统超调和振荡。 这三种调节规律的调整原则是：就每一种调节规律而言，在满足生产要求的情况下，比例作用应强一些，积分作用应强一些，微分作用也应强一些。当同时采用这三种调节规律时
2、，三种调节作用都应适当减弱，且微分时间一般取积分时间的 1/41/3。所谓 PID 指的是 Proportion-Integral-Differential。翻译成中文是比例 -积分-微分。形象点：比例跟偏差成正比，决定响应速度；积分的作用是使系统稳定后没有静差（如：你要得到输出是 10，积分就能使最后结果是 10，静差为 0 也即没有静差）；微分的作用使输出快速的跟定输入，也就是说你输入偏差变大，我“立刻”变化是你变小，抑制你。在控制领域，PID 是一种经典的调节方法。在实际的过程控制与运动控制系统中，PID 家族占有相当的地位，据统计，工业控制的控制器中 PID 类控制器占有 90%以上（
3、 K J strm and T. Hgglund. PID Controllers: Theory,Design and Tuning. Instrument Society of America, 1995）。PID 控制器是最早出现的控制器类型，因为其结构简单，各个控制器参数有着明显的物理意义，调整方便，所以这类控制器很受工程技术人员的喜爱。 更专业的只是你就要查看自动化的专业课：自动控制原理，过程控制原理等。希望你满意！自动控制原理实质上分为经典控制理论、现代控制理论及智能控制理论（或大系统理论等，第三类在发展中，暂未有统一看法） 。其中，非自动化专业的本科生学习的通常经典控制理论部分内
4、容，教授单输入-单输出、线性定常连续控制系统的分析与综合，以传递函数为数学模型。而现代控制理论教授单或多输入/输出、线性或非线性、连续或离散、定常或时变控制系统的分析与综合，以状态空间模型为数学模型。现代控制理论课程通常自动化专业本科大四时学习，非自动化专业研究生阶段学习。你可以看看你需要考研的学校的考研要求，咨询该校的学生了解该校对现代控制理论的考试要求，借阅其教材和学习资料，以便顺利考研。因为每个学校的教材和考点都有些不同。望文生义的话应该是：通过限制某些变量使被控制量在需要的范围内变化，控制过程应该用变量反馈实现。嵌入式系统的两种应用模式 嵌入式系统的嵌入式应用特点，决定了它的多学科交叉
5、特点。作为计算机的内含，要求计算机领域人员介入其体系结构、软件技术、工程应用方面的研究。然而，了解对象系统的控制要求，实现系统控制模式必须具备对象领域的专业知识。因此，从嵌入式系统发展的历史过程，以及嵌入式应用的多样性中，可以了解到客观上形成的两种应用模式。 (1) 客观存在的两种应用模式 嵌入式计算机系统起源于微型机时代，但很快就进入到独立发展的单片机时代。在单片机时代，嵌入式系统以器件形态迅速进入到传统电子技术领域中，以电子技术应用工程师为主体，实现传统电子系统的智能化，而计算机专业队伍并没有真正进入单片机应用领域。因此，电子技术应用工程师以自己习惯性的电子技术应用模式，从事单片机的应用开
6、发。这种应用模式最重要的特点是：软、硬件的底层性和随意性；对象系统专业技术的密切相关性；缺少计算机工程设计方法。 虽然在单片机时代，计算机专业淡出了嵌入式系统领域，但随着后 PC 时代的到来，网络、通信技术得以发展；同时，嵌入式系统软、硬件技术有了很大的提升，为计算机专业人士介入嵌入式系统应用开辟了广阔天地。计算机专业人士的介入，形成的计算机应用模式带有明显的计算机的工程应用特点，即基于嵌入式系统软、硬件平台，以网络、通信为主的非嵌入式底层应用。 (2)两种应用模式的并存与互补 由于嵌入式系统最大、最广、最底层的应用是传统电子技术领域的智能化改造，因此，以通晓对象专业的电子技术队伍为主，用最少
7、的嵌入式系统软、硬件开销，以 8 位机为主，带有浓重的电子系统设计色彩的电子系统应用模式会长期存在下去。另外，计算机专业人士会愈来愈多地介入嵌入式系统应用，但囿于对象专业知识的隔阂，其应用领域会集中在网络、通信、多媒体、商务电子等方面，不可能替代原来电子工程师在控制、仪器仪表、机械电子等方面的嵌入式应用。因此，客观存在的两种应用模式会长期并存下去，在不同的领域中相互补充。电子系统设计模式应从计算机应用设计模式中，学习计算机工程方法和嵌入式系统软件技术；计算机应用设计模式应从电子系统设计模式中，了解嵌入式系统应用的电路系统特性、基本的外围电路设计方法和对象系统的基本要求等。 (3) 嵌入式系统应
8、用的高低端 由于嵌入式系统有过很长的一段单片机的独立发展道路，大多是基于 8 位单片机，实现最底层的嵌入式系统应用，带有明显的电子系统设计模式特点。大多数从事单片机应用开发人员，都是对象系统领域中的电子系统工程师，加之单片机的出现，立即脱离了计算机专业领域，以“智能化”器件身份进入电子系统领域，没有带入“嵌入式系统”概念。因此，不少从事单片机应用的人，不了解单片机与嵌入式系统的关系，在谈到“嵌入式系统”领域时，往往理解成计算机专业领域的，基于 32 位嵌入式处理器，从事网络、通信、多媒体等的应用。这样， “单片机”与“嵌入式系统”形成了嵌入式系统中常见的两个独立的名词。但由于“单片机”是典型的
9、、独立发展起来的嵌入式系统，从学科建设的角度出发，应该把它统一成“嵌入式系统” 。考虑到原来单片机的电子系统底层应用特点，可以把嵌入式系统应用分成高端与低端，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，含义为它的底层性以及与对象系统的紧耦合。小明接到这样一个任务：有一个水缸点漏水(而且漏水的速度还不一定固定不变)，要求水面高度维持在某个位置，一旦发现水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。 小明接到任务后就一直守在水缸旁边，时间长就觉得无聊，就跑到房里看小说了，每 30 分钟来检查一次水面高度。水漏得太快，每次小明来检查时，水都快漏完了，离要求的高度相差很远，小明改为每 3 分钟来检查一次，
10、结果每次来水都没怎么漏，不需要加水，来得太频繁做的是无用功。几次试验后，确定每10 分钟来检查一次。这个检查时间就称为采样周期 开始小明用瓢加水，水龙头离水缸有十几米的距离，经常要跑好几趟才加够水，于是小明又改为用桶加，一加就是一桶，跑的次数少了，加水的速度也快了，但好几次将缸给加溢出了，不小心弄湿了几次鞋，小明又动脑筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，几次下来，发现刚刚好，不用跑太多次，也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为比例系数 小明又发现水虽然不会加过量溢出了，有时会高过要求位置比较多，还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法，在水缸上装一个漏斗，每次加水不直接倒进水缸，而是倒进漏斗让它慢慢加
11、。这样溢出的问题解决了，但加水的速度又慢了，有时还赶不上漏水的速度。于是他试着变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度，最后终于找到了满意的漏斗。漏斗的时间就称为积分时间 小明终于喘了一口，但任务的要求突然严了，水位控制的及时性要求大大提高，一旦水位过低，必须立即将水加到要求位置，而且不能高出太多，否则不给工钱。小明又为难了！于是他又开努脑筋，终于让它想到一个办法，常放一盆备用水在旁边，一发现水位低了，不经过漏斗就是一盆水下去，这样及时性是保证了，但水位有时会高多了。他又在要求水面位置上面一点将水凿一孔，再接一根管子到下面的备用桶里这样多出的水会从上面的孔里漏出来。这个水漏出的快慢就称为微分时间
12、-想象一下，你要沿着一条路中间的白线走。 白线就是你的目标设定值（SP）， 控制身体左右偏移的力量就是输出（OP）， 眼睛看到身体的位置就是反馈值（PV）。 身体与白线的距离就是误差（E）。 假设一开始你在路边，看到离白线很远，为了尽快靠上白线，你选择了跑步过去， 跑步的速度可以理解为比例（P）， 跑得过快刹不住车，容易跑过头，跑慢了到达目的地的时间就长。 跑过头折返时速度又太快，结果在白线两旁来回跑，这叫振荡。 来回跑的幅度越来越大，叫振荡发散。越来越小叫振荡收敛。 来回跑的幅度大到路两旁，你不会再往外跑了，叫输出限幅。 如果你开始跑步的速度选择得宜，快到白线时能刹得住车，那你能比较快地接近
13、白线。 又假设你是倒后跑，看脚下的白线不太方便（E 太小），但还是能看到跑过的白线， 经过一段时间后，你发觉你离白线开始远了（误差累积），所以调整了一下。调整的力度就是 I。 突然，你被一块石头绊了一下，你根据偏移幅度的大小（E 的变化率），预感到接下来会偏到哪里， 所以你努力调整。调整的力度就是 D。 P 管现在，I 管过去，D 管将来。PID 调节的实质是什么？经常看到有关 PID 调节问题书籍，看来看去看不懂他们再说什么。还有一些技术员一提起 PID 调节，就摇头，搞不懂呀！那么 PID 调节的实质是什么？通俗的概念是什么？我们通过图 1 进行分析。一个自动控制系统要能很好地完成任务，首
14、先必须工作稳定，同时还必须满足调节过程的质量指标要求。即：系统的响应快慢、稳定性、最大偏差等。很明显，自动控制系统总希望在稳定工作状态下，具有较高的控制质量，我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度，就要求系统有很高的放大系数，然而放大系数一高，又会造成系统不稳定，甚至系统产生振荡。反之，只考虑调节过程的稳定性，又无法满足精度要求。因此，调节过程中，系统稳定性与精度之间产生了矛盾。如何解决这个矛盾，可以根据控制系统设计要求和实际情况，在控制系统中插入“校正网络”，矛盾就可以得到较好解决。这种“校正网络”，有很多方法完成，其中就有 PID 方法。简单的讲，PID“校正网络”是
15、由比例积分 PI 和比例微分 PD元件组成的。为了说明问题，这里简单介绍一下比例积分 PI 和比例微分 PD。微分：从电学原理我们知道，见图 2，当脉冲信号通过 RC 电路时，电容两端电压不能突变，电流超前电压 90，输入电压通过电阻 R 向电容充电，电流在 t1 时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压 Usc 此刻也达到最大值。随着电容两端电压不断升高，充电电流逐渐减小，电阻两端电压Usc 也逐渐降低，最后为 0，形成一个锯齿波电压。这种电路称为微分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”激烈，其性质有加速作用。积分： 我们再来看图 3，脉冲信号出现时，通过电阻 R 向电容充电，电容两端电压不能突变
16、，电流在 t1 时刻瞬间达到最大值，电阻两端电压此刻也达到最大值。电容两端电压 Usc 随着时间t 不断升高，充电电流逐渐减小，最后为 0，电容两端电压 Usc 也达到最大值，形成一个对数曲线。这种电路称为积分电路，由于它对阶跃输入信号前沿“反应”迟缓，其性质是“阻尼”缓冲作用。插入校正网络的情况: 现在我们首先讨论自动控制系统引入比例积分 PI 的情况，见图 4。曲线PI（1）对阶跃信号的响应特性曲线，当 t=0 时，PI 的输出电压很小，（由比例系数决定）当t0 时，输出电压按积分特性线性上升，系统放大系数 Ue 线性增大。这就是说，当系统输入端出现大的误差时，控制输出电压不会立即变得很大，而是随着时间的推移和系统误差不断地减小，PI 的输出电压不断增加，既，系统放大系数
