经典控制算法——PID算法原理分析及优化
今天为大家介绍一下经典控制算法之一的PID控制方法。PID控制方法从提出至今已有百余年历史，其由于结构简单、易于实现、鲁棒性好、可靠性高等特点，在机电、冶金、机械、化工等行业中应用广泛。
在大学期间，参加的智能汽车竞赛中就使用到了PID经典控制算法，对于智能小车的调试更加的方便。
一、PID原理
PID控制方法将偏差的比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
常规的PID控制系统如图所示：
系统的输入r(t)为控制量的目标输出值，输出y(t)为控制量的实际输出值，e(t)为输出量目标值与实际值的偏差量，PID算法的调控是基于e(t)进行的。
比例调节是基于实际值与目标值的偏差量进行线性调节， 在系统中表现为Kpe(t)，Kp为比例增益。
比例增益Kp越大调节作用越激进，输入输出的微小偏差都会造成很大的调节动作；相反的Kp越小调节作用越保守，即使输入输出差异很大系统的调节效果都不太明显。
积分调节是利用历史偏差量的累计对系统输出进行调节，在系统种表示为:
积分调节的意义是消除系统的稳态误差。积分增益Ki越大系统的稳态误差消除的越快，Ki越小系统的稳态误差越不易消除，系统的调节精度越差。但是Ki过大会在响应过程产生较大超调，导致积分饱和现象的产生。
微分调节是基于偏差量的变化速率（偏差求导）对系统输出进行调节，在系统种表示为: