對PID通俗的看法.docx

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1、比例主要用于偏差的“粗調(diào)”，保證控制系統(tǒng)的“穩(wěn)”；積分主要用于偏差的“細(xì)調(diào)”，保證控制系統(tǒng)的“準(zhǔn)”；微分主要用于偏差的“細(xì)調(diào)”，保證控制系統(tǒng)的“快”．很多同學(xué)都不清楚PID是個(gè)什么東西，因?yàn)楹芏嗖皇亲詣?dòng)化的學(xué)生。他們開口就要資料，程序。這是明顯的學(xué)習(xí)方法不對，起碼，首先，你要理解PID是個(gè)什么東西。本文以通俗的理解，以小車縱向控制舉例說明PID的一些理解。首先，為什么要做PID？由于外界原因，小車的實(shí)際速度有時(shí)不穩(wěn)定，這是其一，要讓小車以最快的時(shí)間達(dá)達(dá)到既定的目標(biāo)速度，這是其二。速度控制系統(tǒng)是閉環(huán)，才能滿足整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定要求，必竟速度是系統(tǒng)參數(shù)之一，這是其三.小車調(diào)速肯定不是線性的，外界

2、因素那么多，沒人能證明是線性的。如果是線性的，直接用P就可以了。比如在PWM=60%時(shí)，速度是2M/S，那么你要它3M/S，就把PWM提高到90%。因?yàn)?0/60=3/2，這樣一來太完美了。完美是不可能的。那么不是線性的，要怎么怎么控制PWM使速度達(dá)到即定的速度呢？即要快，又要準(zhǔn)，又要狠。（即快準(zhǔn)狠）系統(tǒng)這個(gè)速度的調(diào)整過程就必須通過某個(gè)算法調(diào)整，一般PID就是這個(gè)所用的算法。可能你會(huì)想到，如果通過編碼器測得現(xiàn)在的速度是2.0m/s,要達(dá)到2.3m/s的速度，那么我把pwm增大一點(diǎn)不就行了嗎？是的，增大pwm多少呢？必須要通過算法，因?yàn)镻WM和速度是個(gè)什么關(guān)系，對于整個(gè)系統(tǒng)來說，誰也不知道

3、。要一點(diǎn)一點(diǎn)的試，加個(gè)1%,不夠，再加1%還是不夠，那么第三次你還會(huì)加1%嗎？很有可能就加2%了。通過PID三個(gè)參數(shù)得到一個(gè)表達(dá)式：△PWM=a*△V1+b*△V2+c*△V3,abc是通過PID的那個(gè)長長的公式展開，然后約簡后的數(shù)字，△V1，△V2，△V3此前第一次調(diào)整后的速度差,第二次調(diào)整后的速度差,第三次。。。。。一句話，PID要使當(dāng)前速度達(dá)到目標(biāo)速度最快，需要建立如何調(diào)整pwm和速度之間的關(guān)系。輸入輸出是什么：輸入就是前次速度，前前次速度，前前前次速度。輸出就是你的PWM應(yīng)該增加或減小多少。為了避免教科書公式化的說明，本文用口語化和通俗的語言描述。雖然不一定恰當(dāng)，但意思差不多，就

4、是那個(gè)事。如果要徹頭徹尾地弄PID，建議多調(diào)試，寫幾個(gè)仿真程序。PID一般有兩種：位置式PID和增量式PID。在小車?yán)镆话阌迷隽渴剑瑸槭裁茨?？位置式PID的輸出與過去的所有狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對e（每一次的控制誤差）進(jìn)行累加，這個(gè)計(jì)算量非常大，而明沒有必要。而且小車的PID控制器的輸出并不是絕對數(shù)值，而是一個(gè)△，代表增多少，減多少。換句話說，通過增量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。下面均以增量式PID說明。這里再說一下P、I、D三個(gè)參數(shù)的作用。P=Proportion，比例的意思，I是Integral，積分，D是Differential微分。打個(gè)比

5、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D微分就是加快調(diào)節(jié)過程的作用了。公式本來需要推導(dǎo)的，我就不來這一套了。直接貼出來：看看最后的結(jié)果：△Uk=A*e(k)+B*e(k-1)+C*e(k-2)這里KP是P的值，TD是D的值，1/Ti是I的值，都是常數(shù)，哦，還有一個(gè)T，T是采樣周期，也是已知。而ABC是由PID換算來的，按這個(gè)公式，就可以

6、簡化計(jì)算量了，因?yàn)镻ID是常數(shù)，那么ABC可以用一個(gè)宏表示。這樣看來，只需要求e(k)e(k-1)e(k-2)就可以知道△Uk的值了，按照△Uk來調(diào)節(jié)PWM的大小就OK了。PID三個(gè)參數(shù)的確定有很多方法，不在本文討論范圍內(nèi)。采樣周期也是有據(jù)可依的，不能太大，也不能太小。制模型：你控制一個(gè)人讓他以PID控制的方式走110步后停下。（1）P比例控制，就是讓他走110步，他按照一定的步伐走到一百零幾步（如108步）或100多步（如112步）就停了。說明：P比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerr

7、or）。（2）PI積分控制，就是他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步位置處來回晃幾次，最后停在110步的位置。說明：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。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，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)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積