（未完成）

一、PID介紹 （百度百科）

PID 控制器（比例-積分-微分控制器）是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件，由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。 PID 控制的基礎是比例控制；積分控制可消除穩態誤差，但可能增加超調；微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。

PID算法的控制規律為

Kp——比例增益，Kp與比例度成倒數關系； [2]?

Tt——積分時間常數； [2]?

TD——微分時間常數； [2]?

u（t）——PID控制器的輸出信號； [2]?

e（t）——給定值r（t）與測量值之差。 [2]?

即比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D，、。

比例單元：

比例控制器的輸出u(t)與輸入偏差e(t)成正比，能迅速反映偏差，從而減小偏差，但不能消除靜差。

比例控制作用的大小除與偏差e(t)有關之外，還取決于比例系數Kp的大小。比例系數Kp越小，控制作用越小，系統響應越慢；反之，比例系數Kp越大，控制作用也越強，則系統響應越快。但是，Kp過大會使系統產生較大的超調和振蕩，導致系統的穩定性能變差，所以Kp在不同的系統中要根據系統特性折中選取。

（靜差是指系統控制過程趨于穩定時，給定值與輸出量的實測值之差。）

積分單元：

積分環節的作用，主要用于消除靜差提高系統的無差度。積分作用的強弱，取決于積分時問常數Ti，Ti越大積分作用越弱，繁殖則越強。

積分控制作用的存在與偏差e(t)的存在時間有關。

Ti越小，積分速度越快，積分作用越強。積分作用太強會使系統超調加大，甚至使系統出現振蕩。

微分單元：

微分環節的作用能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。

微分環節有助于系統減小超調，克服振蕩，加快系統的響應速度，減小調節時間，從而改善了、系統的動態性能。

但微分時間常數過大，會使系統出現不穩定。微分控制作用一個很大的缺陷是容易引入高頻噪聲，所有在干擾信號比較嚴重的流量控制系統中不宜引入微分控制作用。

微分作用不能消除靜差，單獨使用意義不大，一般需要與比例、積分控制作用配合使用，構成PD或PID控制。

?

二、PID使用

四軸常用的PID有兩種：單級PID和串級PID。

單機PID：

（圖片參考自正點原子）

通過測量飛行器的角度值來調節電機。

串級PID：

串級PID顧名思義就是將兩個PID控制算法串起來，從而增加系統的穩定性，四軸飛行器使用角度和角速度來組成串級PID

（圖片參考自正點原子）

期望角度來自遙控數據，反饋角度來自傳感器，二者的偏差作為外環角度環的輸入，角
度環 PID 輸出角速度的期望值； 角速度期望值減去傳感器反饋的角速度得到角速度偏差值，
這個值作為內環角速度環的輸入，角速度環 PID 輸出姿態控制量， 控制量轉換為 PWM 去控
制電機，從而控制四軸。

串級PID調試：

內環 P： 從小到大，拉動四軸越來越困難，越來越感覺到四軸在抵抗你的拉動；到比較
大的數值時，四軸自己會高頻震動，肉眼可見，此時拉扯它，它會快速的振蕩幾下，過幾秒
鐘后穩定；繼續增大，不用加人為干擾，自己發散翻機。 特別注意：只有內環 P 的時候，四
軸會緩慢的往一個方向下掉，這屬于正常現象。這就是系統角速度靜差。
內環 I： 前述 PID 原理可以看出，積分只是用來消除靜差，因此積分項系數個人覺得沒
必要弄的很大，因為這樣做會降低系統穩定性。從小到大，四軸會定在一個位置不動，不再
往下掉；繼續增加 I 的值，四軸會不穩定，拉扯一下會自己發散。 特別注意：增加 I 的值，
四軸的定角度能力很強，拉動他比較困難，似乎像是在釘釘子一樣，但是一旦有強干擾，它
就會發散。這是由于積分項太大，拉動一下積分速度快，給 的補償非常大，因此很難拉動，
給人一種很穩定的錯覺。
內環 D： 這里的微分項 D 為標準的 PID 原理下的微分項，即本次誤差-上次誤差。在角
速度環中的微分就是角加速度，原本四軸的震動就比較強烈，引起陀螺的值變化較大，此時
做微分就更容易引入噪聲。因此一般在這里可以適當做一些滑動濾波或者 IIR 濾波。從小到
大，飛機的性能沒有多大改變，只是回中的時候更加平穩；繼續增加 D 的值，可以肉眼看
到四軸在平衡位置高頻震動(或者聽到電機發出滋滋的聲音)。前述已經說明 D 項屬于輔助性
項，因此如果機架的震動較大， D 項可以忽略不加。
外環 P： 當內環 PID 全部整定完成后，飛機已經可以穩定在某一位置而不動了。此時內
環 P，從小到大，可以明顯看到飛機從傾斜位置慢慢回中，用手拉扯它然后放手，它會慢速
回中，達到平衡位置；繼續增大 P 的值，用遙控器給不同的角度給定，可以看到飛機跟蹤的
速度和響應越來越快；繼續增加 P 的值，飛機變得十分敏感，機動性能越來越強，有發散的
趨勢。（參考自正點原子）

三、程序實現（未完成）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的无人机算法之PID的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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