在PID控制中，P、I、D三个参数扮演着至关重要的角色。要达到最佳的控制效果，必须深入理解这三个参数的具体含义和作用，并能够熟练地进行PID参数的整定。然而，许多工程技术人员可能并未充分掌握PID控制和PID参数整定的技巧。本文旨在为大家详细解析PID控制中P、I、D参数各自的作用，帮助大家更好地理解和应用这些关键参数。
比例作用比例控制器本质上是一个放大倍数可调的放大器，其数学表达式为△P=Kp×e，其中Kp表示比例增益，它既可以大于，也可以小于；而e则是控制器的输入，即测量值与设定值之间的偏差。
值得注意的是，在大多数模拟控制器中，我们通常不直接使用比例增益Kp进行刻度，而是采用比例度δ来进行刻度，其表达式为δ=/Kc×00%。这意味着比例度与控制器的放大倍数成反比。换句话说，控制器的比例度越小，其放大倍数就越大，从而增强了对偏差的放大能力，反之亦然。
深入理解上述关系后，我们可以得出以下结论：当比例度较大时，控制器的放大倍数较小，被控参数的曲线将更加平稳；而比例度较小时，放大倍数则较大，导致被控参数的曲线波动加剧。然而，比例控制的一个固有缺点是可能产生余差，为了克服这一缺点，我们需要引入积分作用。
积分作用积分控制器的主要目的是消除自控系统的余差。积分作用意味着随着时间的推移，偏差将被不断累积。具体来说，当存在偏差输入e时，积分控制器会逐渐累积该偏差，累积速度与偏差e的大小和积分速度成正比。只要偏差e持续存在，积分控制器的输出就会不断改变，直至偏差消失为止。
对于恒定的偏差，调整积分作用实质上是在改变控制器输出的变化速率。这个速率可以通过积分作用的输出与比例作用的输出之间的时间差来衡量。积分时间较短意味着积分速度较快，从而增强了积分作用；相反，较长的积分时间则减弱了积分作用。若积分时间趋于无穷大，则积分作用将消失，控制器将变为纯比例控制器。
实际上，积分作用很少单独使用，而是通常与比例作用结合使用。这样，控制器不仅具有按比例放大（或缩小）偏差的能力，还具有随时间累积偏差的积分作用，且两者的作用方向是一致的。在这种情况下，控制器的输出可以表示为△P=Ke+△Pi，其中△P表示控制器输出值的变化；Ke是由比例作用引起的输出变化；而△Pi则是积分作用引起的输出变化。微分作用在控制系统中主要用于克服对象的滞后，特别是在温度控制方面表现出色。然而，使用微分作用时需注意测量传送的滞后问题，如温度测量元件的选择和安装位置等。
在常规PID控制器中，微分作用的输出变化与微分时间和偏差变化的速度成比例，而与偏差的大小无关。偏差变化速度越快，微分时间越长，微分作用的输出变化就越大。但需警惕微分作用过强可能引发的振荡问题，导致控制器输出中出现明显的“尖峰”或“突跳”。
为避免此类扰动，PID调节器和DCS中常采用微分先行PID运算规律，即仅对测量值PV进行微分处理。这样，在人工改变控制器的给定值SP时，可避免控制器输出的突变，从而减少对控制系统的扰动。例如，TDC-控制器在常规PID算法中增设了软开关，允许用户选择控制器是对偏差还是测量值进行微分处理。
此外，输入阶跃信号后，微分器在一开始会输出最大变化值，而当微分作用消失后，输出变化会逐渐减小。这一过程中的变化比值即为微分放大倍数Kd，也就是微分增益。微分增益的单位是时间，通过调整微分时间（或微分增益）可以实现对微分功能的开启与关闭。
为了更便于理解和记忆比例、积分、微分三个作用，特此编写了三个顺口溜供大家参考。这些顺口溜以生动的比喻描绘了各控制器的作用及其调整要点。