控制工程实践（7）——PID四种类型控制器（之比例控制器P）
PID控制器是一般应用中最常见的控制器。诸如控制元件温度、液体流量、无人机的飞行姿态和速度等，都是用PID控制来实现。PID是一种线性组合结构，将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，从而对被控对象进行控制。
四种控制器，分别是四种线性组合：比例控制器P、比例-积分控制器PI、比例-微分控制器PD和比例-积分-微分控制器PID。
这里说明：PID控制器和基本环节在数学模型表达上相同，但其本质内涵不同——狭义的基本环节是元部件物理原理的数学表示，控制器是控制方式的数学表示。从广义的基本环节上来看，基本环节包含PID控制器。
1.比例控制器的使用
比例控制律是最基础的控制器。实际上，所有的控制器都有比例增益，且发挥着主导作用，其他控制律都是对比例控制的修正改进。比例增益设定了控制器性能的边界，微分增益可以大大改善系统在高频区的性能，而积分增益改善了系统在低频区的性能。
1.1 P控制
比例控制器：控制率很简单：控制量∝误差。
指令与反馈信号之差形成误差error，误差与P控制器增益 相乘后生成功率变换器的指令信号，然后经过限幅馈送至功率变换器。
P控制器的主要缺点是存在稳态误差。若存在固定扰动时，P控制律不能迅速响应。
用实例来理解P比例控制：
假设有一个不排水漏水的水缸，控制目标是保证水缸里的水位维持在1m的高度。初始时刻，水缸水位为0，和目标水位之间误差error=1m。我们给水缸加水，单纯用比例控制，就是加水量y和误差error成正比，即
如令 ，第一次加水量为 ，水位上升到0.5；然后第二次加水，加水量y2=0.5×1-0.5=0.25 ，水位上升至0.75；如此循环，水缸水位最终会达到1m。
但是，假如有一个会排水漏水的水缸，每次都流出0.1m水位的水。当我们根据比例控制律加水至水位为0.8m之后，我们的加水量 。这时加水量等于出水量，水缸水位不会变化，会一直维持在0.8m，达到稳定状态（实际在稳态时，水位会有些许振荡，振荡频率和幅度与我们加水的频次和水量损耗相关）。
稳定状态下，稳态值与目标值1m存在0.2m的误差，即稳态误差。
在实际系统中，这种类似水缸排水漏水的情况非常普遍，如负载电能消耗、运动阻力等。
1.2 如何调试P控制器
P控制器的调试比较直接：提高增益直至出现超调。
在不漏水排水的水缸水位控制实例中，如令KP=1.2 ，第一次加水，水位就到1.2，大于目标值1m，出现了超调；然后第二次就要取出水量 ,水位降至0.96；第三次加水1.2×0.04=0.048 ，水位为1.008，又大于1m。很显然，本实例中，增益调试的最大值为1.0.
另外，控制系统中存在很多噪声源，如电磁干扰（开路接收无线电，接地环路感应电磁场）、传感器分辨率引入的随机噪声。高增益会放大噪声，减小增益可以缓解噪声，但增大了稳态误差。实际应用中，根据现场经验和需求，在高性能和小噪声之间做平衡，设置比例增益。
P控制器调试过程：
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