4.2.1 PID控制原理
在现代弧焊电源中最常用的控制策略是传统的PID控制策略，其原理如图4-2所示。
PID控制是指比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。其控制的数学模型见下式：
式中 Kp——比例增益；
Ti——积分时间常数；
Td——微分时间常数。
式（4-1）表明，系统控制量u（t）是偏差e（t）的比例、积分、微分控制的组合。
图4-2 PID控制原理
PID控制蕴藏了现代弧焊电源输出电压、电流动态控制过程中过去、现在和将来的主要信息。其中比例（P）控制代表当前的信息，起纠正偏差的作用，使弧焊电源输出电压、电流的动态响应迅速，是对于偏差e的即时反应；微分（D）控制是按偏差变化的趋势进行控制的，有超前控制的作用，代表将来的信息，在电压、电流动态调节过程开始时强迫弧焊电源系统进行动态调节，在动态调节过程结束时减小超调，克服振荡，提高弧焊电源系统的稳定性；积分（I）控制代表过去积累的信息，能消除弧焊电源输出电压、电流的静态偏差，改善弧焊电源输出的静特性。
PID三种控制配合得当，可以使弧焊电源输出电压、电流动态调节过程快速、准确、平稳。
PID控制是传统的控制策略，无论在模拟控制或数字控制中都得到了广泛的应用，即模拟PID控制与数字PID控制。在现代弧焊电源中要根据具体情况和要求，来选用PID的控制策略，可以单独采用P控制、I控制、D控制，也可以采用PI、PD以及PID控制。
在PID控制中，Kp、Ti、Td等参数直接影响着弧焊电源系统的动态性能，可以采用理论分析或实验方法来确定PID的参数。采用理论分析方法确定PID的参数往往需要有被控对象的精确数学模型。但是由于弧焊过程非常复杂，其精确的数学模型很难得到，因此弧焊电源中的PID控制参数常常采用理论与实验相结合的方法来获得。
在确定PID控制参数时，应注意以下几点：
1）增大比例增益Kp，往往使整个弧焊电源系统的开环增益增大，有利于加快系统的响应，减小系统的稳态误差；但Kp过大，会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。
2）增大积分时间常数Ti，将减小超调，减小振荡，弧焊电源系统输出电压、电流的动态过程平稳性得到改善，但会使系统的快速性变差，并将减慢系统静态误差的消除。
3）增大微分时间常数Td，将减小超调，加快弧焊电源系统的动态响应，提高系统的快速性、稳定性，但减弱系统抑制扰动的能力，使弧焊电源系统的稳态误差增大。
在整定PID参数时，应参考上述参数的特点，先比例、后积分、再微分，其步骤如下：
1）首先加入比例部分，将Kp由小变大，并观察相应的弧焊电源输出电压、电流响应，直至性能指标满足要求为止。
2）如果静态误差不能满足要求，需要加入积分环节。首先取较大的Ti值，并略降低Kp（如为原来值的0.8倍）；然后，逐步减小Ti，反复调整Ti和Kp，直至得到满意的弧焊电源输出电压、电流的动态性能，且静态误差得到消除为止。
3）若经反复调整，系统动态过程仍不满意，可加入微分环节。Td从零开始，随后逐步增大。同时反复改变Kp和Ti，反复调整三个参数，最后得到一组合适的参数。
因为比例、积分、微分三个环节的控制作用，相互可以调节，相互可以补偿，不同的PID控制参数组合可以获得相同的弧焊电源输出电压、电流的动态响应特性，所以PID控制的参数并不是唯一的。