PID控制算法的调节器为何很难做到 “无超调、无欠调”

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百度一下"PID调节器"或"PID"，大家会看到海量PID调节器产品信息和PID技术文章，似乎PID调节器仅仅是一种简单的仪表，可信手拈来，而事实却是这样的：PID控制质量好的PID调节器基本是洋品牌的天下，国产精品也就几个品牌，这是因为PID调节器调节质量好坏PID控制算法起决定性作用。
目前国内有不少科研技术工作者在从事PID控制算法的研究和应用，从海量的技术论文就可以体现，但真正能将这些讲究成果实现工业产品化的却不多，究其原因就是用户希望能有一台PID调节器能通用于各种工况，而且要兼顾操作简单、性能可靠、控制效果好、成本低廉的要求，这些学术领域的成果离实际应用还有好一段路要走。
目前国内绝大多数PID调节器厂家产品的PID控制算法均为经典PID控制算法，尽管调节器产品文案宣传该产品"无超调、无欠调"，客观说：经典PID调节器的缺陷使采用经典PID控制算法的调节器很难做到 “无超调、无欠调”。具体原因如下：
1、尽管经典PID的稳定余度不小，但是具有好的动态品质的余度不大，闭环动态品质对PID增益的变化很敏感，所以当被控对象处于经常变化的环境中时，需要根据环境的变化来调整PID增益。简单说，经典PID在工况变化大的场合使用需要经常整定PID参数。
2、经典PID调节器的精髓就是"以误差反馈来消除误差"，但是这种直接取目标与实际行为之间的误差并不完全合理，因为系统输出存在一定的惯性，不可能发生跳变，而目标值是系统外部给定的，可以跳变，直接采用它们之间的误差来消除误差，就意味着让不可能跳变的量来跟踪可以跳变的量，这显然是不尽合理的。这种“直接取目标与实际行为之间的误差来消除误差”的方式常常会造成初始控制力太大而使系统行为出现超调，这也是PID控制在闭环系统中产生"快速性"和"超调"之间矛盾的主要原因。
3、经典PID控制中的D表示微分，但是过去由于没有提取微分信号的合理办法和合适装置(即没有合适的微分器)，常常只用PI控制，这就限制了PID的控制能力。目前人工智能调节器、模糊PID调节器控制效果就很好，这是因为调节器融入了微分先行、自学习、抗积分饱和、参数自整定等先进技术。
4、经典PID控制是误差的现在(P)、过去(I)和将来(D)的加权组合(即线性组合)，这种组合方式不一定是最合适的组合方式，可以在非线性范围内寻求更合适、更有效率的组合方式。
5、经典PID控制中的积分环节，对抑制常值扰动的效果显著，但是无扰动时，积分环节使得系统的动态特性变差(闭环系统的反应迟钝、容易产生震荡和积分饱和的副作用)，而对于随时间变化的扰动，积分环节的抑制能力又不显著。
6、经典PID控制算法用于调节器生产，成本最低。很多生产厂家没有技术实力和资金支持先进控制算法的研究和实践检验，企业外部面临低价格竞争的市场压力，从而导致国产好用、适应面广而价格适中的调节器很少。

王栋春

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