上一次写了模拟量的使用，模拟量传感器想要用的好，还需要有PID算法的加持，有的朋友会疑问，为啥还要PID算法呢，比如想让一个水箱一直保持恒定的水量，那么测距传感器检测到水量低了那么水泵就加水，水量够了就不加水就行了呀！

那么问题来了，你怎么能把水加到正好呢？怎么能让水保持恒定值不变呢？水泵启动一下，有可能水就加多了，这样水泵会频繁地启动停止，当水在恒定值上下波动，那么水泵就会因为启动停止太频繁发生震颤，这样水泵加的水量是不精确的！再比如说需要保持恒定压力的管道，传感器检测到压力值不够，就增加压力，增加多少合适呢，这个是需要一个确定量的，不是说你增加一下压力就可以，PID算法就是一个计算精度的一个公式，可以让水量或者压力或其它值最大可能保持恒定，精度达到最高！

这篇文章就详细讲解PID原理和PID程序功能块的写法，需要用到时候可以直接调用PID功能块实现PID控制！

PID原理图

PID原理，下面这个原理图当成3个部分看，很简单，第一部分就是计算设定值和反馈值的误差；第二部分把这个误差参与PID计算，输出给执行机构（例如水泵）；第三部分传感器反馈值；核心就是第二部分，PID计算！

教科书里的原理图

我理解分成三部分

PID计算

PID计算拆分开来就是P(比例控制)，I（积分控制），D（微分控制）;下面每个原理都讲解下！

P（比例控制）怎么理解呢，如果单独只用P（比例）控制，I（积分控制）和D（微分控制）关闭，那么拿水箱举例，水箱里我想恒定水量为1000ml，传感器检测到水量为999ml，那么设定值和反馈值的误差为1ml，比例控制就是在这1ml前面加个系数，这个系数自己调节，因为正常思路是，少1ml水，我就让水泵加1ml水就行，但是实际是，我让水泵加1ml，实际可能加了2ml（无法精确的让水泵出来1ml水），这个时候我就得调整比例系数，让比例系数为0.5就行！

PID标准公式里的Kp就是比例系数，ev(t)就是设定值减反馈值的偏差值，如下图，如果只有比例控制部分，那么公式很简单，就是u(t)=Kp*ev(t);

PID公式

I（积分控制）怎么理解呢？学过微积分的都知道积分是啥意思，没学过的或忘了的就顾名思义吧，（积）就是积木，累积的意思，拿水箱举例，那就是水泵加很多次水的一个累积总和！

假如水箱里我们设定恒定值是1000ml，水泵每次只能调节到进水9.9ml；

如果水箱没水，那么水泵需要运行100次，一共进水990ml，误差10ml；

理论上水泵如果每次能进水10ml，那么就刚刚好到设定值，实际每次只进水9.9ml，这个0.1ml，靠调整水泵很难达到这个精度，那么我们就取100次进水的总和，再看误差；

100次进水990ml，这个总误差10ml就好补偿了，通过调整I（积分控制）计算部分的系数TI就可以，把TI设为0.99即可！

如下图的PID公式里的积分控制部分！

PID公式

D（微分控制）怎么理解呢？也就是微积分里面的微分部分，顾名思义就是把水泵加水量细分到每一次；

比如水泵加水，每次想加10ml，但是如果水泵功率开到最大，1秒就加了10ml，水泵功率开小点需要10秒；

实际应用中，想1秒加10ml的误差肯定比10秒加10ml的要大，就是说水泵慢慢往水箱加水，实际应用中精度会更高，加水过程更稳定。

通过下图PID公式里的微分控制计算部分的系数TD可以调节！

PID公式

总结一下：

P调节的是误差值和水泵每次进水量成比例关系的调节，就是说水泵每次加水量是一定的，需要加多少次能接近误差值，这个在PID调节中是第一个需要调的参数！

I调节的是P调节后还存在误差的情况下的再次调节，靠调节累积误差增加精度！

D调节的是稳定性，通过控制加水速度，减少滞后量或惯性带来的误差！

PID控制的原理就如上面所述，下面讲一下PLC程序里PID标准功能块是怎么写的，用的ST语言，可以在支持ST的各种型号PLC里使用，有兴趣的可以详细看看，对有精度要求的应用还是很有帮助的，对于之前不是很了解PID控制的朋友，我感觉对于模拟量使用，很多人只无意间用到了P（比例控制）计算部分！

PID计算公式的程序实现

这个程序是上面的PID计算公式的程序实现，有些参数的命名或者公式的格式有变化，但是原理是一样的，有兴趣的仔细研究下，无兴趣的直接使用就行！

调用功能块

调用功能块

PID公式的变形

变成程序可以实现的形式：同样是包含比例系数，积分控制，微分控制三部分，没有初始值设定；

程序里使用的PID公式

输入参数定义：

fSetpointValue:设定值；

fActualValue:实际反馈值；

bReset: TRUE重置内部变量；

fCtrlCycleTime:采样周期[s]；

fKp:比例系数；

fTn:积分作用时间[s]；

fTv:微分作用时间[s]；

fTd:阻尼时间[s]；

功能块展现：

声明部分

程序逻辑部分

以上说的是PID应用的基本功能，还有基于这个原理的其它控制方法，有单独使用的，有PI结合使用的，PD结合使用的，有带死区的PID,固定采样频率的PID等等，看实际需要写对应的程序！

PID参数调试经验调节

PID参数调试靠的是经验调节，就是不停的测试，找到一个需要的参数，有口诀如下：

常用口诀：

参数整定找最佳，从小到大顺序查；

先是比例后积分，最后再把微分加；

曲线振荡很频繁，比例（度盘）要放大；

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳；

曲线偏离回复慢，积分时间往下降；

曲线波动周期长，积分时间再加长；

以上就是PID控制的大致原理，想要深入应用还是需要各位朋友系统的去学习PID算法，理解这个原理希望对大家的深入学习有所帮助！

感觉有用的朋友关注我，我会给大家持续输出实用工控的经验！