一、引言

PID（比例-積分-微分）控制器作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中的核心控制算法，廣泛應(yīng)用于各種需要精確控制的系統(tǒng)中。在PID控制器的實(shí)現(xiàn)中，有兩種主要的控制模式：位置式PID和增量式PID。雖然兩者在原理上都是基于PID控制理論，但在實(shí)際應(yīng)用中，它們具有顯著的差異。本文將詳細(xì)探討位置式PID與增量式PID的不同之處，以便讀者能更深入地理解并正確選擇使用。

二、位置式PID與增量式PID概述

位置式PID

位置式PID是一種基于當(dāng)前系統(tǒng)偏差來計(jì)算控制輸出的方法。它根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際輸出與期望輸出之間的偏差，通過比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，直接輸出控制量，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到期望的位置或狀態(tài)。位置式PID控制器輸出的控制量直接對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置或狀態(tài)，因此適用于需要精確位置控制的場(chǎng)合，如舵機(jī)控制、溫度控制等。

增量式PID

增量式PID則是一種基于偏差的增量來計(jì)算控制輸出的方法。它根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的實(shí)際輸出與期望輸出之間的偏差，以及前幾次的偏差和控制輸出，通過比例、積分和微分三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行計(jì)算，得出控制量的增量。增量式PID控制器輸出的控制量是相對(duì)于前一次控制輸出的增量，因此適用于需要連續(xù)調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、液位控制等。

三、位置式PID與增量式PID的區(qū)別

輸出形式與控制對(duì)象

位置式PID控制器輸出的控制量直接對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置或狀態(tài)，因此它適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)不帶積分部件的對(duì)象，如電液伺服閥等。而增量式PID控制器輸出的控制量是相對(duì)于前一次控制輸出的增量，因此它適用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶積分部件的對(duì)象，如步進(jìn)電機(jī)等。

誤差處理與計(jì)算量

位置式PID控制器的輸出與整個(gè)過去的狀態(tài)有關(guān)，用到了誤差的累加值。這意味著在計(jì)算當(dāng)前控制輸出時(shí)，需要考慮之前所有的誤差值，因此計(jì)算量相對(duì)較大。同時(shí)，由于誤差的累加作用，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大誤差時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致控制輸出產(chǎn)生較大的波動(dòng)。而增量式PID控制器只與當(dāng)前拍和前兩拍的誤差有關(guān)，因此計(jì)算量相對(duì)較小。同時(shí)，由于它只關(guān)注誤差的增量，因此當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大誤差時(shí)，控制輸出相對(duì)較為穩(wěn)定。

積分飽和與誤動(dòng)作影響

位置式PID控制器在積分作用下，當(dāng)系統(tǒng)的控制量已經(jīng)達(dá)到最大值時(shí)，誤差依然會(huì)在積分的作用下繼續(xù)累加。這可能導(dǎo)致積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生，即當(dāng)誤差開始反向變化時(shí)，系統(tǒng)需要較長(zhǎng)時(shí)間才能從飽和區(qū)退出。而增量式PID控制器沒有積分作用，因此不會(huì)出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象。此外，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，位置式PID控制器的誤動(dòng)作影響較大，因?yàn)槠漭敵鲋苯訉?duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置或狀態(tài)；而增量式PID控制器的誤動(dòng)作影響較小，因?yàn)榧词褂?jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身有記憶功能，可以保持原位或緩慢變化。

適用范圍與靈活性

位置式PID控制器適用于需要精確位置控制的場(chǎng)合，如舵機(jī)控制、溫度控制等。由于它直接輸出控制量到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此具有較快的響應(yīng)速度和較高的控制精度。而增量式PID控制器適用于需要連續(xù)調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、液位控制等。由于它只輸出控制量的增量，因此可以實(shí)現(xiàn)更加平滑和穩(wěn)定的控制過程。此外，增量式PID控制器還易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)無擾動(dòng)切換和參數(shù)調(diào)整等功能，具有較高的靈活性和適應(yīng)性。

四、總結(jié)

位置式PID與增量式PID在輸出形式、誤差處理、積分飽和、誤動(dòng)作影響以及適用范圍等方面存在顯著的區(qū)別。在選擇使用哪種PID控制器時(shí)，需要根據(jù)具體的控制需求和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于需要精確位置控制的場(chǎng)合，可以選擇位置式PID控制器；而對(duì)于需要連續(xù)調(diào)節(jié)和較高靈活性的場(chǎng)合，則可以選擇增量式PID控制器。同時(shí)，還需要注意PID控制器的參數(shù)整定和調(diào)試方法，以確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行并達(dá)到預(yù)期的控制效果。