增量式pid_PID 基础知识汇总
很多都是拷前輩的，在這里先說聲謝謝，就是為了純潔的學(xué)習(xí)和應(yīng)用：
作者：自動化與儀器儀表
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No.1
PID算法簡介
P指的是比例(Proportion)，I指的是積分(Integral)，D指的是微分(Differential)。在電機調(diào)速系統(tǒng)中，輸入信號為正，要求電機正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。要想搞懂PID算法的原理，首先必須先明白P,I,D各自的含義及控制規(guī)律：
01
比例P：
比例項部分其實就是對預(yù)設(shè)值和反饋值差值的放大倍數(shù)。舉個例子，假如原來電機兩端的電壓為U0，比例P為0.2，輸入值是800，而反饋值是1000，那么輸出到電機兩端的電壓應(yīng)變?yōu)閁0+0.2*（800-1000）。從而達到了調(diào)節(jié)速度的目的。顯然比例P越大時，電機轉(zhuǎn)速回歸到輸入值的速度將更快，及調(diào)節(jié)靈敏度就越高。從而，加大P值，可以減少從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時間。但是同時也可能造成電機轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)值附近振蕩的情形，所以又引入積分I解決此問題。
02
積分I：
積分項部分其實就是對預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時間上進行累加。當(dāng)差值不是很大時，為了不引起振蕩。可以先讓電機按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運行。當(dāng)時要將這個差值用積分項累加。當(dāng)這個和累加到一定值時，再一次性進行處理。從而避免了振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。可見，積分項的調(diào)節(jié)存在明顯的滯后。而且I值越大，滯后效果越明顯。
03
微分D：
微分項部分其實就是求電機轉(zhuǎn)速的變化率。也就是前后兩次差值的差而已。也就是說，微分項是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作。可見微分項的調(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大，超前作用越明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。
對偏差信號進行比例、積分和微分運算變換后形成一種控制規(guī)律。“利用偏差，糾正偏差”。No.2
參數(shù)調(diào)整一般規(guī)則
由各個參數(shù)的控制規(guī)律可知，比例P使反應(yīng)變快，微分D使反應(yīng)提前，積分I使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi)，P，D值越大，調(diào)節(jié)的效果越好。各個參數(shù)的調(diào)節(jié)原則如下：
PID調(diào)試一般原則
a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。
b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。
c.輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。No.3參數(shù)調(diào)整一般步驟
由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來相當(dāng)?shù)穆闊?#xff0c;特別是對初學(xué)者。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：
01
確定比例增益
P確定比例增益P時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0，PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。
02
確定積分時間常數(shù)Ti
比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。
03
確定微分時間常數(shù)Td
微分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。
04
聯(lián)調(diào)
系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進行微調(diào)，直至滿足要求。No.4總結(jié)
參數(shù)整定尋最佳，從大到小順次查。先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降。曲線波動周期長，積分時間再加長。理想曲線兩個波，調(diào)節(jié)過程高質(zhì)量。
增量式PID和位置式PID的參數(shù)對比（我最討厭那些簡單看一下，就給我各種指手畫腳的說，很簡單，你應(yīng)該如何做的“嘴上專家”）：
float IncPIDCalc(PID_Typedef* PIDx,float SetValue,float MeaValue)//err?y·?·?à?3￡êy
{
PIDx->Error = SetValue - MeaValue;
PIDx->PWM_Inc = (PIDx->P * (PIDx->Error - PIDx->PreError))
+ (PIDx->I * PIDx->Error)
+ (PIDx->D * ((PIDx->Error - PIDx->PreError) - (PIDx->PreError - PIDx->PrePreError)));
PIDx->PrePreError = PIDx->PreError;
PIDx->PreError = PIDx->Error;
return PIDx->PWM_Inc ;
}
{
u8 Index=1;
PIDx->Error = SetValue - MeaValue;
Intergral_Error+=PIDx->Error;
if(abs(PIDx->Error)>250)//積分分離
{
Index=0;
}
else{
Index=1;
}
PIDx->PWM_Inc = (PIDx->P * PIDx->Error)
+ (Index * PIDx->I * Intergral_Error)
+ (PIDx->D * (PIDx->Error - PIDx->PreError));
PIDx->PrePreError = PIDx->PreError;
PIDx->PreError = PIDx->Error;
return PIDx->PWM_Inc ;
}
首先先要明確，增量式pid和位置式pid本質(zhì)是一樣的，本次增量式pid的輸出是由本次位置式pid的輸出減去上次位置式的輸出得到的。對比一下
位置式：u(k) =Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e（k）-e(k-1)]
增量式：Δu(k) =Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
可以看出增量式的KP和位置式的kd一樣，增量式的ki和位置式的kp一樣。所以對于增量式的參數(shù)整定，應(yīng)該先整定KI，它反映了響應(yīng)的速度，再整定KP，它反映了對超調(diào)量的限制，也就是緩減增量式KI參數(shù)過大時候的抖動
位置式PID：
比例項只考慮現(xiàn)在有沒有偏差，現(xiàn)在有偏差就開始控制，現(xiàn)在偏差越大，控制效果越明顯。
積分項根據(jù)歷史數(shù)據(jù)輸出控制信號，如果歷史總體超標(biāo)就要減小輸出信號，如果歷史不達標(biāo)那要大量輸出控制信號
微分項只關(guān)注偏差有沒有變化趨勢，偏差有了變化趨勢才開始控制（而不是偏差存不存在），即偏差的變化率。
增量式PID：Δu(k) =Kp[e（k）-e(k-1)] + Ki*e(k) + Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
Kp項是誤差變化率
Ki項是誤差，
Kd項是變化率的變化率 : e(k)-2e(k-1)+e(k-2)= [e(k)-e(k-1)] - [e(k-1)-e(k-2)]
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的增量式pid_PID 基础知识汇总的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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