PID算法通俗講解

《PID算法通俗講解》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、總所周知，PID算法是個(gè)很經(jīng)典的東西。而做自平衡小車(chē)，飛行器PID是一個(gè)必須翻過(guò)的坎。因此本節(jié)我們來(lái)好好講解一下PID，根據(jù)我在學(xué)習(xí)中的體會(huì)，力求通俗易懂。并舉出PID的形象例子來(lái)幫助理解PID。一、首先介紹一下PID名字的由來(lái)：P：Proportion（比例），就是輸入偏差乘以一個(gè)常數(shù)。I??：Integral（積分），就是對(duì)輸入偏差進(jìn)行積分運(yùn)算。D：Derivative（微分），對(duì)輸入偏差進(jìn)行微分運(yùn)算。注：輸入偏差=讀出的被控制對(duì)象的值-設(shè)定值。比如說(shuō)我要把溫度控制在26度，但是現(xiàn)在我從溫度傳感器上讀出溫度為2

2、8度。則這個(gè)26度就是”設(shè)定值“，28度就是“讀出的被控制對(duì)象的值”。然后來(lái)看一下，這三個(gè)元素對(duì)PID算法的作用，了解一下即可，不懂不用勉強(qiáng)。P，打個(gè)比方，如果現(xiàn)在的輸出是1，目標(biāo)輸出是100，那么P的作用是以最快的速度達(dá)到100，把P理解為一個(gè)系數(shù)即可；而I呢？大家學(xué)過(guò)高數(shù)的，0的積分才能是一個(gè)常數(shù)，I就是使誤差為0而起調(diào)和作用；D呢？大家都知道微分是求導(dǎo)數(shù)，導(dǎo)數(shù)代表切線是吧，切線的方向就是最快到至高點(diǎn)的方向。這樣理解，最快獲得最優(yōu)解，那么微分就是加快調(diào)節(jié)過(guò)程的作用了。二、然后要知道PID算法具體分兩種：一種是位

3、置式的，一種是增量式的。在小車(chē)?yán)镆话阌迷隽渴剑瑸槭裁茨?？位置式PID的輸出與過(guò)去的所有狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì)e（每一次的控制誤差）進(jìn)行累加，這個(gè)計(jì)算量非常大，而明顯沒(méi)有必要。而且小車(chē)的PID控制器的輸出并不是絕對(duì)數(shù)值，而是一個(gè)△，代表增多少，減多少。換句話說(shuō)，通過(guò)增量PID算法，每次輸出是PWM要增加多少或者減小多少，而不是PWM的實(shí)際值。所以明白增量式PID就行了。三、接著講PID參數(shù)的整定，也就是PID公式中，那幾個(gè)常數(shù)系數(shù)Kp，Ti，Td等是怎么被確定下來(lái)然后帶入PID算法中的。如果要運(yùn)用PID，則PID參數(shù)是

4、必須由自己調(diào)出來(lái)適合自己的項(xiàng)目的。通常四旋翼，自平衡車(chē)的參數(shù)都是由自己一個(gè)調(diào)節(jié)出來(lái)的，這是一個(gè)繁瑣的過(guò)程。本次我們可以不管，關(guān)于PID參數(shù)怎么確定的，網(wǎng)上有很多經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。比如那個(gè)經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)試湊口訣：????????????????參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查。????????????????先是比例后積分，最后再把微分加。????????????????曲線振蕩很頻繁，比例度盤(pán)要放大。????????????????曲線漂浮繞大彎，比例度盤(pán)往小扳。????????????????曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降

5、。????????????????曲線波動(dòng)周期長(zhǎng)，積分時(shí)間再加長(zhǎng)。????????????????曲線振蕩頻率快，先把微分降下來(lái)。????????????????動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢，微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。????????????????理想曲線兩個(gè)波，前高后低四比一。????????????????一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。四、接下來(lái)我們用例子來(lái)輔助我們把常用的PID模型講解了。（PID控制并不一定要三者都出現(xiàn)，也可以只是PI、PD控制，關(guān)鍵決定于控制的對(duì)象。）（下面的內(nèi)容只是介紹一下PID模型，可以不看，對(duì)理解PID

6、沒(méi)什么用）例子：我們要控制一個(gè)人，讓他一PID的控制方式來(lái)行走110步后停下來(lái)。1）P比例控制，就是讓他按照一定的比例走，然后停下。比如比例系數(shù)為108，則走一次就走了108步，然后就不走了。說(shuō)明：P比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。但是僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。比如上面的只能走到108，無(wú)論怎樣都走不到110。2）PI積分控制，就是按照一定的步伐走到112步然后回頭接著走，走到108步位置時(shí)，然后又回頭向110步位置走。在110位置處來(lái)回晃蕩幾次，最后停在110步的位

7、置。說(shuō)明：在積分I控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差的影響取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大，從而使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于0。因此，比例+積分（PI）控制器可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。3)PD微分控制，就是按照一定的步伐走到一百零幾步后，再慢

8、慢地走向110步的位置靠近，如果最后能精確停在110步的位置，就是無(wú)靜差控制；如果停在110步附近（如109步或111步位置），就是有靜差控制。說(shuō)明：在微分控制D中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。????自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，原因是存在較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變