PID 的三个方面
过程控制行业主要由比例积分微分 (PID) 控制器 ，然而，即使是这些奇妙的组件也有其自身的局限性。 PID 的行为 循环很难理解，一旦出现故障，情况就会变得更糟，需要进行故障排除。尽管如此，技术人员和工程师仍努力实现控制器的三个组成部分之间的一致性，即比例、积分和微分动作。
当控制器第一次被引入时，它们只是成比例的，尽管这使它们易于理解，但它们很快就无法处理错误。每当需要消除过程变量和设定点之间的误差时，这些控制器往往会过早退出。这导致在之前的“比例控制器”中增加了积分作用。
整体行动
操作员很快发现，他们可以通过手动向控制努力添加偏置来弥补因比例作用减弱而导致的下降，足以克服过程变量和设定点之间的微小差距。这被称为“重置”循环。
起初，操作员的任务是执行这种“重置”，但很快就引入了自动重置，消除了人工干预造成的延迟。今天，这种自动复位被称为积分作用，而决定所需响应幅度的增益有时被称为“复位率”。只要过程变量和设定点不同，高复位率就会促使控制器产生积极的控制效果 .但问题是，只要误差仍然存在，积分作用就会继续增长，这与比例作用不同，比例作用会随着误差最小化而减弱。
这可能看起来很有利，但实际上有其自身的问题。例如，如果被控制的过程缓慢，那么错误将需要一段时间才能消失，而控制器将采用积极的积分动作来消除它。如果操作者将复位率设置得太高，控制器会过度补偿误差，导致负方向误差更大，导致来回摆动循环，直到误差完全消除。
重置结束
积分动作最适合过程执行器太小而无法产生大量控制工作的应用。例如，如果阀门太小而无法产生足够高的流量，或者燃烧器不够大而无法提供足够的热量等。每当出现这种情况时，就可以说执行器在某个限流阀处饱和。
这种饱和最终导致设定点和过程变量之间的正误差。积分动作继续更积极，但执行器出现瓶颈，并阻止纠正错误。在执行器卡在 100% 的时间内，总积分误差将达到一个巨大的值。这将迫使控制器进入无响应状态，并且不允许操作员通过将设定点水平降低到可实现的范围来修复错误。
已经设计和实施了多种解决方案来保护控制器免受复位饱和，其中大多数涉及关闭积分器。
衍生动作
PID 控制器的微分作用好坏参半，它根据误差的变化率减少控制工作量，从而使过程变量下降到设定点的速度可以减速。这减少了超调和狩猎的机会 .但是，如果派生动作过于激进，它本身就会导致狩猎。这种效应通常在快速响应控制器工作的过程中观察到，例如。电机和机器人。
每当误差突然变化时，微分动作也可以给控制工作增加一个突然的尖峰。这迫使控制器开始动作，甚至在 PID 的比例或积分部分开始起作用之前。与二项 PI 控制器相比，完整的三项 PID 控制器可以预测保持过程变量稳定所需的工作量。
虽然这种预测控制在某些应用中是有益的，但在其他应用中却不利。例如，一股热风不会让房间里的人感到舒服，或者在工业规模上，对炉子的墙壁来说是不舒服的。
修复
现代 PID 控制器旨在解决所有这些问题。当今 PID 控制器的一些共同特点包括：
- 重置饱和度保护
- 导数运算计算器
- 噪声过滤
一种大大提高了 PID 控制器精度的特殊技术 是循环调谐。这本身就是为比例、积分和微分增益选择适当值的艺术，从而实现对过程变量变化的快速响应。该技术得到了众多方法的补充，并得到了大量软件包的支持，以确保系统内的最大稳定性。
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