陈心怡， 吴志光

（1.陆军军官学院，合肥230000；2.池州职业技术学院，安徽池州247000）

数字式PID控制器的研究与设计

陈心怡1，2， 吴志光2

（1.陆军军官学院，合肥230000；2.池州职业技术学院，安徽池州247000）

模拟式PID控制器由于受到电子器件延迟性及非线性的限制，其瞬态特性及稳定性较差。文中研究了数字式PID控制器的工作原理，提出了基于单片机的数字式PID控制器的设计方案。该设计方案具有结构简单、实时性强、线性控制的特点。

数字式PID；控制算法；实时性强；线性控制

0 引言

传统的模拟式PID控制器由于受到电子器件电容性限制，其瞬态特性及稳定性已不能满足高速、高精度的控制要求，基于计算机的数字PID控制器具有响应快、控制精度高、成本低、线性控制等优势，已快速取代传统的模拟式PID控制器。数字PID控制器的控制性能主要取决于控制算法。本文主要是研究基于单片机的数字控制器的控制算法。

1 PID原理

PID是一个闭环控制算法，其控制系统是由PID控制器和被控对象组成的。其中PID控制器是包含了三个相互独立比例、积分和微分逻辑运算功能，当它们按照某种比重组合起来，将会获得响应快、精度高、稳定性好的控制效果。图1为常规PID控制系统结构图。

图1 PID控制系统结构

在连续控制系统中，PID控制器的输出y（t）与输入e（t）之间存在着比例、积分、微分的关系，如下式：

其中e（t）＝r（t）-y（t），Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，3个参数对控制系统的控制性能具有相互独立的作用，可以通过参数自整法获得一组组合，使得PID控制器获得快速、平稳、准确控制效果。……