PID控制器概述及python实现PID控制算法

PID控制器概述

PID控制器是自动控制领域一种常见的控制器，其简单易设计的结构和良好的鲁棒性使得其在工业控制中较为常见。PID三个字母分别代表了比例（proportion）、积分（integration）和微分（differential）。

补充知识：

控制器是针对被控对象而言的，一个典型的开环控制系统可以用方框图表示如下：

外界的输入通过系统内的控制器调整后，加到被控对象上，对被控对象造成影响后，被控对象产生输出。

在自动控制领域，我们往往将被控对象进行拉普拉斯变换后再进行研究，因此，无论是控制器还是被控对象，用方框图表示时，方框的内容都可以是拉氏变换后的方程。

PID控制器的分类

上文已经提到了开环控制系统，在介绍PID控制器之前，我们再介绍闭环控制系统：

闭环控制系统看起来与开环控制器相似，增加了一个“闭环”，通过这一条闭环将被控对象的输出反馈到输入端，并与输入端进行比较，以检测是否达到控制效果，同时与输入进行整合后作为控制器的“新一轮”输入，此“新一轮”的输入即包含了对“上一轮”输出结果的借鉴。通过不断的“输出——反馈”，最终使控制器将被控对象的输出控制到一个合理的范围。

本文讨论离散的数字PID。

位置式PID

位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值，位置式PID适用于执行机构不带积分部件的对象。

# 位置式PID
class PID:
    def __init__(self, P=0.2, I=0.0, D=0.0):
        self.kp = P
        self.ki = I
        self.kd = D
        self.uPrevious = 0
        self.uCurent = 0
        self.setValue = 0
        self.lastErr = 0
        self.preLastErr = 0
        self.errSum = 0
        self.errSumLimit = 10
# 位置式PID
    def pidPosition(self, curValue):
        err = self.setValue - curValue
        dErr = err - self.lastErr
        self.preLastErr = self.lastErr
        self.lastErr = err
        self.errSum += err
        outPID = self.kp * err + (self.ki * self.errSum) + (self.kd * dErr)
        return outPID

增量式PID

增量式PID控制，数字PID控制算法的一种基本形式，是通过对控制量的增量（本次控制量和上次控制量的差值）进行PID控制的一种控制算法。是一种递推式的算法。

一般来讲，增量式PID采用递推的思想，每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影