PID（比例-积分-微分）无处不在，它的设计和调试在理论上很简单，但是实际上却很困难。通常采用的调试方法是在工作的同时手动调整增益。这种耗时的调试方法要求对工厂硬件进行操作，一旦所选增益导致不稳定的动作，则会造成损坏。本文介绍了如何在可编程逻辑（PLC）、可编程自动化（PAC）和微处理器上系统地采用基于模型的设计方法，提升PID的设计、测试和安装体验。采用基于模型的设计方法，我们使用模块框图环境来创建工厂和系统模型。这些模型可以用于仿真，使我们能够在安装使用之前快速地优化的设计。无需对工厂硬件进行操作，因为我们可以通过仿真进行大量的测试，无需使用工厂硬件。通过仿真进行前期验证，确保在工厂实际安装之后能够按照预期工作。来自于多家供应商的不同软件平台使这种类型的仿真和分析成为可能。在本文中，我们的团队使用MathWorks公司的Simulink。基于模型的PID设计包括如下四步：·创建工厂模型；·设计PID；·实时测试； ·安装设计方案。使用数字运动控制系统作为例子，我们将采用基于模型的设计方案完成PID的快速设计和搭建。 数字运动控制系统图1所示的工厂，或者说物理系统www.cechina.cn，正是我们所试图控制的。此工厂包含了一个功率放大器，用于驱动一台直流电机和两个用于测量电机轴和负载位置的旋转光学编码器。此电机通过小型柔性轴与负载相连，以模拟在很多运动控制系统中执行器和负载之间的依从关系。此控制系统通过测量编程负载角度和实测负载角度之间的差值来确保负载沿着特定轨迹运动，然后它使用PID来计算电压，并将其提供给电机。我们的设计就是将我们的设备性能从现有的最大速度150弧度/秒和最大加速度2000弧度/秒2提高到250弧度/秒和5000弧度/秒2。我们希望在获得此性能提高的同时不降低位置精度。尤为关键的是，我们希望编程负载角度和实测负载角度之间的差值不要超过1度。如图2所示，现有的设计无法满足新的性能要求。 图1：此数字运动控制系统就是我们的“工厂”。 图2：与改进后的速度和加速度值相比，以前的设计在跟踪参考轨迹时（上图，红线推荐负载角度；黄线——实测负载角度）允许超过4度（下图）的最大位置误差。改进后误差的性能指 PID方法基于模型设计
