一起来学习PID

2019-07-21 04:21发布

这个是我从各网站看到然后总结的,并结合自己的经验解说的。后面会结合2013大学生电子设计竞赛国赛中C题倒立摆进行讲述(持续更新)
一、总体原则

    PID调试一般原则 
    a.在输出不振荡时,增大比例增益P。 
    b.在输出不振荡时,减小积分时间常数Ti。 
    c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。
二、各环节作用
    [P]比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。反之,过小,更不上系统需求。
    [I]积分调节作用:是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,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。一般情况是将时间常数设置很小。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 
    [D]微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能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。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强 的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为 零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。
三、细说[分为PID、PI、PD]
    1、确定比例增益P 
    确定比例增益P 时,首先去掉PID的积分项和微分项,一般是令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明),使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。
     【解说】我们知道P是调节与预设值(即输入值)的偏差的作用的,因此P很大时,当反馈值很小时也会造成很大的波动,最终是震荡状态,这个可以试出来的,这时的P是Pmax。反之P太小时,根本不可能靠近预设值,当刚好能靠近预设值时,这时的P就是Pmin。一般取P = Pmax(*60~70%)。
    2、确定积分时间常数Ti
    比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大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%。积分时间常数Ti调试完成。
    【解说】
    3、确定积分时间常数Td积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。若要设定,与确定 P和Ti 的方法相同,取不振荡时的30%。 
    【解说】
    【PID算法演示小软件(绿 {MOD}版)】
四、具体实践
[mw_shl_code=c,true]/*2014年7月17日*/ unsigned long lastTime; double Input, Output, Setpoint; double etSum, lastErr; double kp, ki, kd; //output = kp*et + ki*etSum + kd*det; void PidFunction() { /*How long since we last calculated*/ unsigned long now = millis(); //得到当前时间 double timeChange = (double)(now - lastTime); //得到当前时间与上次时间之间的间隔 /*Compute all the working error variables*/ // double et = Setpoint - Input; //反馈值与输入值的差值 e(t) = 比例 etSum += (et* timeChange); //差值*时间间隔乘积累加 = 积分 理论是零 double dEt = (et - lastErr) / timeChange; //差值-上一次差值 = 微分 /*Compute PID Output*/ // Output = kp * et + ki * etSum + kd * dEt; //输出 = 比例 + 积分 + 微分 /*Remember some variables for next time*/ lastErr = et; //下次循环: 当前比例成为过去比例 lastTime = now; //下次循环: 当前时间成为过去时间 } void ParaSet(double Kp, double Ki, double Kd) //设置比例、积分、微分的系数 { kp = Kp; ki = Ki; kd = Kd; } [/mw_shl_code]
    上面的程序代码是整个PID控制的模板。具体的看你的系统需求。下面我讲讲倒立摆(还不知道倒立摆是什么的可以去网上了解下)的PID控制:
【单个传感器实现倒立摆】
   角度传感器(精密电位器):我们知道一般的精密电位器就可以当作传感器来使用,电位器三个脚,其中一端接GND,一端接VCC,那么中间端作为电压输出,通过AD采样既可以获取摆转过的角度位置。自然在摆的最高点就有一个角度值。为了获得较好的控制周期,我们采用定时器中断的方式,即在定时器中断中进行采样和数据处理,并进行电机控制(放心,STM32运行速度足够了)。这里取定时器三毫米中断一次,注意,AD采样的时间一定要小于定时器中断时间,否则会出现时序错乱,可以在AD初始化中设定采样周期,或者在中断函数里面进行适当的处理,比如分三次采样取平均值(这个需要设定更小的中断时间,如一毫秒中断一次,我就是这样的做的)。定时器初始化和一些变量的定义我就没贴代码了,具体的代码如下:
[mw_shl_code=c,true]void TIM3_IRQHandler(void) { static int timercount; if(TIM3->SR&0X0001){ //溢出中断 LED1 = ~LED1; timercount++; } TIM3->SR &= ~(1<<0); //清除中断标志位 if(timercount == 1){ ang[0] = Get_Adc(ADC_CH1); } if(timercount == 2){ ang[1] = Get_Adc(ADC_CH1); } if(timercount == 3){ ////////////angle PID/////////// ang[2] = Get_Adc(ADC_CH1); //采集AD值 angleLast = angle; //保存上一次的采样角度值 angle = (ang[0]+ang[1]+ang[2])/3; //取三次采集的平均值 degreeLast = degree; //保存上一次的计算角度值 degree = calcAngle(angle); //获取新的计算角度值 velocity = (angle - angleLast); //得到采样角速度差值(微分值) if(abs(angle-setPoint)<=4) //输入值与反馈值差的绝对值 < 4 error_p = 0; //p = 0 else error_p = setPoint-angle; //p = 输入值与反馈值差 error_d = velocity; //d = 微分值 error_i = error_i + (error_p*timechange); myspeed = - (kp*error_p + ki*error_i + kd*error_d); setMotorSpeed(myspeed); //电机PID控制 //printf("[%d %d %d %7d] ",angle,degree,myspeed,error_i); } if(timercount == 3){ timercount = 0; error_i = isOverFlow(error_i); } } [/mw_shl_code]     电机速度控制代码:
[mw_shl_code=c,true]void setMotorSpeed(long mySpeed) { long output = 0; mySpeed = constrain(mySpeed,-41665,41665); //限制速度上下限 if(mySpeed == 0)mySpeed = 1; //保证速度不为零,也可以不用 if(mySpeed>0){ output = mySpeed*1.0; //这个具体的看系统进行调整放大 //printf("R:%d ",output); TurnLeft(output); } else{ output = mySpeed*(-1.0); //printf("L:%d ",output); TurnRight(output); } } [/mw_shl_code]
    速度控制的话,我的速度值调节范围为0~5000,这个可以通过定时器来设定的。
   效果如下:
  

【多个传感器实现倒立摆】
友情提示: 此问题已得到解决,问题已经关闭,关闭后问题禁止继续编辑,回答。
该问题目前已经被作者或者管理员关闭, 无法添加新回复
49条回答
767904101
1楼-- · 2019-07-21 09:20
等大神呢。。。。。。
回首看那个曾经的我
2楼-- · 2019-07-21 10:58
回复【2楼】767904101:
---------------------------------
慢慢更
正点原子
3楼-- · 2019-07-21 16:33
谢谢分享....
d_rhasta
4楼-- · 2019-07-21 21:36
 精彩回答 2  元偷偷看……
luckyluke
5楼-- · 2019-07-22 03:24
感谢分享......
亲亻尔嘴
6楼-- · 2019-07-22 06:45
搬个板凳听课了···

一周热门 更多>