轉載自：http://www.adlinktech.com/big5/solution/tech_forum.php?file=measure/20040206.htm
PID閉迴路控制原理
在工程實務中，PID閉迴路控制應用是最為廣泛使用。問世至今已有近60年的歷史，此種控制具有結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便等四項優點而成為工業控制技術的工具。假若受控制對象的組態與參數無法完全掌握，或是無法獲知精確的數學模型時，系統的控制器的參數就必須依靠經驗和實際調試來確定，此時，應用PID控制技術最為方便。
PID控制包含三個部分：比例增益、積分增益、微分增益三個部分，實際應用中，也有PI與PD控制器。PID控制器就系根據於系統的誤差，利用比例增益、積分增益與微分增益計算出控制量，其控制器輸出量和控制器輸入量之間差值（誤差）在時域中可由式(1.1)表示如下:
1.比例控制(Kv)
比例控制是一種最簡單且直觀的控制方式，當僅有比例控制時，系統輸出會存在穩態誤差(Steady-state error)，且無法完全消除外界所加入的固定擾動。
2.積分控制(Ki)
積分控制主要目的在於消除穩態誤差。在一個自動控制系統中，為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入"積分項"，將系統的誤差量對時間做積分累加，隨著時間的增加，積分量會增加。基於這個理由，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，超過某一個門檻值(Threshold value)即推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等於零。但是暫態反應(Transient response)會較差。
3.微分控制(Kd)
在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分，亦即與誤差的變化率成正比關係。在自動控制系統，克服誤差接近目標值的過程中，受控制系統可能會出現來回振盪無法穩定，甚至發散失穩。其原因是在於，系統中存在有較大慣性的元件或是有某元件的物理特性其行為總是滯後(delay)於命令值，使得力圖克服誤差的過程中，總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要"超前"於誤差變化，亦即在誤差接近零時，克服誤差的作用就應該是零。微分控制隱含有預測之意。將誤差量對時間微分，能預測誤差變化的趨勢。因此，PD控制器，就能夠提前預測行為並反應，使克服誤差的控制作用等於零，甚至為負值，避免被控制的對象嚴重地超越目標值(Overshoot)。 所以對有較大慣性被控制系統， PD控制能改善系統的穩定性。
控制流程
軟體控制方塊圖如圖五所示。利用Command與Feedback的誤差資料，分別給予Proportional Gain、Integral Gain、Differential Gain之後，會得到誤差增益量，透過Latch bandwidth的機制，若大於門檻值(Threshold value)，則繼電器(Relay)會導通為ON，反之為OFF。整個PID控制演算法以C語言包裝成動態函式庫，再藉由動態函式庫的呼叫，設定控制參數與控制目標以實現PID控制。
每一個存在系統中的PID控制均是與計時器同步的執行緒，藉由計時器的每隔固定時間產生的事件(Event)通知，使得PID執行緒能在固定週期時間內完成誤差增益量計算，進而輸出信號至繼電器(Relay)做開關控制。
以下為整個軟體控制流程：
系統響應
本文實驗以設定CPU表面溫度40℃為控制目標，控制系統取樣時間為200ms，圖七與圖八分別為系統響應圖。由響應圖A(圖七)中可以看出其系統的上升時間約為62秒，而在6秒內即可達到穩態，由響應圖B(圖八)可以看出最大超越量為0.2℃，而穩態誤差約為0.7℃，因此，我們可以成功的利用嵌入式控制器達到PID閉迴路控制。
此外，此應用對於系統的CPU使用率約為10%（如圖九）。對使用者而言，亦可將額外的系統資源應用於HMI(運用Touch Panel LCD Display)、或是利用RS232做PLC的控制等，如圖二所示，對於馬達控制、遠端監控、影像檢測與網路傳輸方面，皆能提供良好的支援。
圖七 響應圖A
圖八 響應圖B
圖九 CPU 使用效能圖