ПИД-регулятор — наиболее распространенный контур управления в технике. Он объединяет три составляющие: пропорциональную, интегральную и дифференциальную. Каждая составляющая реагирует на ошибку между желаемым заданным значением и измеренным выходным сигналом. Сумма этих трех составляющих приводит в действие исполнительный механизм.

Пропорциональное действие реагирует на текущую ошибку. Интегральное действие реагирует на накопленную ошибку в прошлом. Дифференциальное действие реагирует на прогнозируемую ошибку в будущем. Вместе они обеспечивают быструю реакцию, нулевую ошибку в установившемся режиме и демпфирование. Контроллер прост в реализации и хорошо работает в широком диапазоне систем. Именно поэтому он используется в термостатах, дронах, системах круиз-контроля и промышленных процессах.

Параметры настройки ПИД-регулятора

• Kp: пропорциональный коэффициент усиления, реагирует на текущую ошибку.
• Ki: интегральный коэффициент усиления, устраняет ошибку в установившемся режиме.
• Kd: коэффициент усиления производной, уменьшает перерегулирование.
• Частота выполнения: как часто выполняется цикл.
• Защита от перенасыщения: предотвращает чрезмерное увеличение интегрального члена.

Настройка — самая сложная часть. Правила Зиглера-Николса дают отправную точку. Ручная настройка уточняет её. Слишком большое значение Kp приводит к колебаниям системы. Слишком большое значение Ki приводит к перерегулированию. Слишком большое значение Kd усиливает шум. Цель — добиться быстрого достижения заданного значения с минимальным перерегулированием и его поддержания. Некоторые системы автоматически настраиваются путем подачи ступенчатого входного сигнала и измерения отклика. Другие используют настройку на основе модели. Хорошо настроенный ПИД-регулятор незаметен. Система просто работает. Плохо настроенный же колеблется, перерегулируется или реагирует вяло. ПИД-регулятор не всегда является лучшим, но его почти всегда пробуют первым.