4.2 基于Z-N法的常规PID控制器设计

4.2.1 常规PID控制原理

PID控制是一种最常用的控制技术，具有结构简单、调节方便等优点[2]。图4.2为PID控制系统原理图，其工作原理为：以期望目标r（t）与输出测量值y（t）进行比较得到偏差e（t），然后对偏差进行比例、微分、积分线性叠加后，将得到的结果u（t）传输到控制对象，导致偏差无限趋近于0，从而调节整个控制系统。P ID控制器的控制方程为

式中，K_p、K_i、K_d分别为比例、积分、微分系数，这三个参数决定了PID控制器的控制性能，对整个系统的控制效果非常重要。

图4.2 PID控制系统原理图

由式（4.4）可知，PID控制器设计的核心是对K_p、K_i、K_d三个参数进行整定。在P ID控制器设计过程中，需要基于控制对象的控制特性，合理整定出三个参数的大小，从而使整个控制系统具有良好的动态特性，常用的整定法主要包括Z-N参数整定法、试凑法、临界比例法等[3, 4]。