积分饱和

积分饱和（Integral windup或integrator windup）是指PID控制器或是其他有积分器的控制器中的现象，是指误差有大幅变化（例如大幅增加），积分器因为误差的大幅增加有很大的累计量，因此造成过冲，而且当误差变为负时，其过冲仍维持一段时间之后才恢复正常的情形。

成因及特性

积分饱和常因为实际系统的限制所造成，实际系统和理想系统不同，有些理想系统中的讯号，在实际系统中会有饱和问题，因此系统的输出会限制在其上限或是下限，例如一个输出为0-5V的系统，输出电压不可能超过5V，也不可能低于0V。

若因为实际系统的限制，控制器的输出无法再影响控制变数，此时即为积分饱和的情形，例如输出为0-5V的系统，理想的输出在5V和6V之间变化，但实际输出均维持在5V，这段控制器的输出无法再影响控制变数，即为积分饱和。需要等理想输出低于5V以下时，实际输出会随理想输出变化，控制器的输出无法再影响控制变数。控制器中若有积分器，其累计输出的变化会随积分时间而不同，若积分时间长时，其变化较慢，因此此现象会很明显。

积分饱和在类比的控制器中问题更大。若配合分散式控制系统或是用可编程逻辑控制器控制，可以限制内部的控制器输出或是积分累计量，或是配合外部的积分重置信号，在理想输出及实际输出不一致时重置积分，即可避免此情形，在PID控制器中可以用此方式处理。

对策

此问题可以用以下方式处理：

• 将控制器中积分器的累计值初始化到一理想的值。
• 若积分饱和因为目标值突然变化而产生，将目标值以适当斜率的斜坡变化可避免此情形。
• 有条件积分（Conditional Integration）暂停积分机能，在程序变数（PV）回到可控制范围内才继续积分。
• 将积分累计量限制上下限，避免积分累计量超过限制值。
• 若输出饱和时，重新计算积分累计量，使输出回到合理的范围。
• Clegg积分器：在误差接近零，或是误差由正转负，由负转正时，将积分量清除为零.。若控制器在误差已变号时，仍维持相同的误差积分量，有可能产生扰动Clegg积分器可以避免此情形，不过有些应用为了让过程维持在设定点，需要有微小的非零控制量，这时就不适合使用Clegg积分器，Clegg积分器反而会造成扰动。。