认识PID（1）| 何为自动控制？
但作为工程师总是希望获得极致性能。
想象你回到车里，你急于赶在足球赛开始前回家，所以你踩了油门，过了一段时间，你需要再次变道才能通过一些慢车。你将车轮移动到先前效果良好的预设角度，然而，因为你开得更快了，你开始更快地穿过车道，最终超过了目标车道，必须向另一个方向转动车轮才能回到轨道上。
你最终可能会进入目标车道，这个过程并没有你想象中那么丝滑。
想象一下，如果在你转动车轮后，汽车立即发现你在车道上移动的速度有点过快，以这种速度你会超过目标，除非角度减小。想象一下，如果汽车自行调整转向角度，减小转向角度，使你的超调量最小（如果有的话）。
这就是微分作用背后的想法。正如你可能已经猜到的，微分作用使用偏差的变化率来计算其对控制器输出的贡献。因此，让我们在上面的例子中思考一下这实际上是如何工作的。
当方向盘转动时，当你接近目标车道时，汽车的位置偏差开始迅速减小。换言之，偏差的变化率很大且为负值。这表现为负微分作用，其作用是减小转向角，进而减小过冲。当然，诀窍是要有足够的D来消除超调。
因此，添加微分作用可以使你使用更大的P和I增益，并保持回路稳定，从而提供更快的响应和更好的回路性能。
如果你想一想，微分作用改进了控制器操作，因为它通过监测当前的变化率来预测未来将发生什么。这意味着它不是使用当前的测量值，而是使用未来的测量值。
微分作用所用的单位描述了你想要展望的未来。如果微分作用是20秒，则微分项将当前变化率投影到未来20秒。
微分控制的最大问题是，如果你的信号中有噪声，这会让算法陷入混乱。
当然，你可以尝试过滤掉噪声，但我的建议是，除非PI控制真的很慢，否则不要使用微分项。
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声 明
作 者
冯少辉
博士(后)，高级工程师，实战派过程控制专家，Lambda整定方法推广人，中国化工学会能源化工智能制造专委会委员，《PID参数整定与复杂控制》作者，《化工自动化及仪表》编委、华东理工大学硕士企业导师！
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