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PID(干货教学帖)

 2 years ago
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PID(干货教学帖)

PID

1，PID是一个闭环控制算法。因此要实现PID算法，必须在硬件上具有闭环控制，就是得有反馈。比如控制一个电机的转速，就得有一个测量转速的传感器，并将结果反馈到控制路线上，下面也将以转速控制为例。

2，PID是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法，也可以是PD,PI,甚至只有P算法控制。我以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有P控制，将当前结果反馈回来，再与目标相减，为正的话，就减速，为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。

3，比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用： 比例，反应系统的基本（当前）偏差e(t)，系数大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定；

积分，反应系统的累计偏差PID，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分调节就进行，直至无误差；

微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除，因此可以改善系统的动态性能。但是微分对噪声干扰有放大作用，加强微分对系统抗干扰不利。

积分和微分都不能单独起作用，必须与比例控制配合。 4，控制器的P,I,D项选择。

下面将常用的各种控制规律的控制特点简单归纳一下：

（1）. 比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如：金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制；油泵房中间油罐油位控制等。

（2）. 比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。

（3）. 比例微分控制规律(PD)：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如：加热型温度控制、成分控制。需要说明一点，对于那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。如：大窑玻璃液位的控制。

（4）. 例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。 5鉴于D规律的作用，我们还必须了解时间滞后的概念，时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括：测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡，如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对与测量滞后的，在工业上，大多的纯滞后是由于物料传输所致，如：大窑玻璃液位，在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。

 总之，控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取，决不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能，不分场合都采用是不明智的。如果这样做，只会给其它工作增加复杂性，并给参数整定带来困难。当采用PID控制器还达不到工艺要求，则需要考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。

  • PID
  • 数值pid的计算
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pid流程图

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增量式 pid

PID->liEkVal[0] = PID->SetVal - PID->CurVal;
PID->Udlt = PID->uKP_Coe * (PID->liEkVal[0] - PID->liEkVal[1]) + PID->uKI_Coe * PID->liEkVal[0] + PID->uKD_Coe * (PID->liEkVal[0] + PID->liEkVal[2] - PID->liEkVal[1] * 2);
PID->liEkVal[2] = PID->liEkVal[1];
PID->liEkVal[1] = PID->liEkVal[0];

本杰明pid:

PID->SetVal = setval;
PID->CurVal = curval;
PID->error = PID->SetVal - PID->CurVal;
  
  // Too low RPM set. Reset state and return.
if (ABS(PID->SetVal) < 20) {//TODO: 此处20暂乱给
	PID->i_term = 0.0f;
	PID->prv_error = PID->error;
		 return;
	}
  
  // Compute parameters
  PID->p_term = PID->error * PID->kp / 100.f;
  PID->i_term += PID->error * PID->ki / 1000.f / 100.f;
  PID->d_term = (PID->error - PID->prv_error) * PID->kd / 100.f;//TODO:应该*1000，方便计算省略
  
  // Filter D
  UTILS_LP_FAST(PID->d_filter, PID->d_term, PID->kd_filter);
	PID->d_term = PID->d_filter;  
  
 	// I-term wind-up protection
	utils_truncate_number(&PID->i_term, -1.0f, 1.0f);  
  
  // Store previous error
	PID->prv_error = PID->error;
  
	// Calculate output
	PID->output = PID->p_term + PID->i_term + PID->d_term;
	utils_truncate_number(&PID->output, -1.0f, 1.0f);  
}

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