PID算法的解析，绝对实用

889 算法 matlab

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2022-1-21 07:40:24　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 20 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 18 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 17 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 16 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 15 个回答。邀请回答科源机电该类别下有 15 个回答。邀请回答 kghfh 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 13 个回答。邀请回答 dgfdf 该类别下有 13 个回答。邀请回答 723662364d 该类别下有 13 个回答。邀请回答一巷清苑该类别下有 13 个回答。邀请回答早知该类别下有 12 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hy381 该类别下有 12 个回答。邀请回答张峰9998 该类别下有 12 个回答。邀请回答 ggfvxv 该类别下有 12 个回答。邀请回答 YOYOOO 该类别下有 12 个回答。邀请回答 h1654155275.6473 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hjhdf 该类别下有 12 个回答。邀请回答 efwedfd 该类别下有 12 个回答。邀请回答举报王鹏相关推荐 • PID算法的问题 4425 • PID控制算法的原理是什么 1183 • 【最新课程推荐】PID控制算法 9035 • 什么是PID控制算法呢？PID控制算法有何作用 2976 • PID控制算法的基本思想是什么？PID控制算法是如何形成的？ 2723 • 求PID等自动控制算法 2605 • PID控制算法是如何形成的 1844 • 什么是PID控制算法？PID控制算法C语言是如何实现的？ 1934 • 什么算法能够代替PID控制？ 414 • 常用的一些PID算法有哪些？ 842 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 本人以自己的学习过程以及参考别人笔记总结而来，将自己的经验写出来以供大家一起学习，如有错误请多指教---参考《自动控制原理胡寿松》案例1：电机驱动小车的运动：我们理解的小车运动过程中，小车最重要的就是一个电机，电机的输入是pwm输入的电压脉冲输入，有些是电流输入的电机，电机的参数决定了PID的调试效果。假如PWM的输入是100，输出的速度是 y(t)=5m/s，注意的是pwm和输出的速度并非是线性关系，但电机的输出最大速度我们认为在某个场景下是一定的，能达到5m/s。那么我们设定的目标值r(t)=10m/s，那么不管pid如何调节，机子只能在-5m/s到5m/s的值范围内转动，达不到10m/s，也就是说PID算法的调节是本身硬件机械能达到最大值的范围的调节，并非万能的。该系统由模拟 PID 控制器和被控对象组成。图中，r(t) 是给定值，y(t) 是系统的实际输出值，给定值与实际输出值构成控制偏差 e(t)： e(t) = r(t) - y(t)，由光电码盘/磁的正负极码盘算出我们的速度，同单位下的速度和速度就有比较意义。通过PID比例积分微分的计算后=pwm的值输入给电机<100%，P、I、D分别为比例（Proportion）、积分（Integral）、微分（Differential）的简写；将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用该控制量对受控对象进行控制，称为PID算法。如何计算出实时速度y(t)=一段定时器中断内定时器的外部中断计数值（一周距离/一周技术值）/定时器时间 1.3 PID整定口诀参数整定找最佳，从小到大顺序查。先是比例后积分，最后再把微分加。曲线振荡很频繁，比例度盘要放大。曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。曲线偏离回复慢，积分时间往下降。曲线波动周期长，积分时间再加长。曲线振荡频率快，先把微分降下来。动差大来波动慢，微分时间应加长。理想曲线两个波，前高后低四比一。一看二调多分析，调节质量不会低。案例2：煮水和加热电阻丝，我们在陀螺仪的使用中，经常会出现加热一定温度的情况下就不再加热了，温度是滞后的，加热的起始特别慢，等到高温了电阻丝降低PWM降温基本不可能，所以我们使用PID调节时就要考虑到加热的可行性和研究。案例3：无人机的位置角度（可以达到的）和转速的比值pid的调节。y与x可以是线性关系/非线性关系，我们接下来要如何调节PID的值界定。 1）比例部分作用是对系统瞬间产生的偏差进行快速修正，只有 P 时会有静差。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。比例部分的数学式表示是： Kp e(t) 注意：Kp是比例系数，Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态偏差也就越小；但是越大，也越容易产生振荡，破坏系统的稳定性。故而，比例系数选择必须恰当，才能过渡时间少，静差小而又稳定的效果。 2）积分部分作用是消除系统偏差，补偿系统的静差，只要存在偏差，则它的控制作用就不断的增加；只有在偏差时，它的积分才能是一个常数，控制作用才是一个不会增加的常数。积分环节的调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数越大，积分的积累作用越弱，这时系统在过渡时不会产生振荡；但是增大积分常数会减慢静态误差的消除过程，消除偏差所需的时间也较长，但可以减少超调量，提高系统的稳定性。当Ti 较小时，则积分的作用较强，这时系统过渡时间中有可能产生振荡，不过消除偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的具体要求来确定Ti 。 3）微分部分作用是加快调节过程，阻止偏差的变化，偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对髙阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。但微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分，或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。 Td 越大时，则它抑制偏差变化的作用越强； Td越小时，则它反抗偏差变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数Td ，可以使微分作用达到最优。 4.2 数字 PID 控制 4.2.1 位置式 PID 由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，而不能像模拟控制那样连续输出控制量量，进行连续控制。由于这一特点式中的积分项和微分项不能直接使用，必须进行离散化处理。连续控制是数学研究/真实情况的，计算机采集是离散的，就跟函数和数列一样的关系。离散化处理的方法为：以T 作为采样周期，作为采样序号，则离散采样时间对应着连续时间，用矩形法数值积分近似代替积分，用一阶后向差分近似代替微分。上式中，为了表示的方便，将类似于 e(kT )简化成 ek 等。如果采样周期足够小，则上面的两式的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。算法的缺点是：由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算时要对 ek 进行累加，工作量大；并且，因为计算机输出的对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出的将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实生产际中是不允许的。增量式 PID 控制算法可以避免着重现象发生。 4.3 控制器参数整定 PID控制器参数选择的方法很多，例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是，对于PID控制而言，参数选择是用什么方案呢：对于输入目标值而言，我们输入目标值为sin函数值，那么输出的必然存在滞后/超调/达不到峰值的情况，我们将2条曲线数据进行采集对比，就可以知道我们的曲线执行效率是否达到我们的要求。输入目标值也可以是脉冲宽度值，看输出的响应周期进行调节。目标是输出的y(t)是跟x(t)同周期同起点同终点同曲率的曲线。 1）确定比例系数Kp 确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0, 使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60%~70%，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡:再反过来，从此时的比例系数Kp逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp,设定PID的比例系数Kp为当前值的60% ~ 70%。pwm的值不会超过100%，所以kp的值输入可以一个很大的值，看曲线的贴合程度。逐步的二分法靠近一个值。 2) 确定积分时间常数Ti 比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti,然后逐渐减小Ti,自至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti,直至系统振荡消失。记录此时的Ti.设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150% ~、180%。假定输入目标为1，输出为0，error的值其实是一直在缩小的，Ti最终为稳定一个大值Timax0，会出现超调的情况，要调节回来即可。 3) 确定微分时间常数Td 微分时间常数Td一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定，则与确定Ti的方法相同，取不振荡时其值的30%。一般电机不用取Td的值，假定输入目标为1，输出为0，error的值其实是一直在缩小的，Td最终为稳定一个小值Timin0，在目标值附近抖动，一般电机的调节不调节Td的值。 4) 系统空载、带载联调对PID参数进行微调，直到满足性能要求。

2022-1-21 09:57:54 评论举报宋晓媛