pid控制中三個(gè)參數(shù)的作用

PID控制應(yīng)該算是非常古老而且應(yīng)用非常廣泛的控制算法了，小到熱水壺溫度控制，大到控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài)和飛行速度等等。在電機(jī)控制中，PID算法用得尤為常見(jiàn)。

位置式PID 1 計(jì)算公式 在電機(jī)控制中，我們給電機(jī)輸出的是一個(gè)PWM占空比的數(shù)值。 話不多說(shuō)，直接上位置式PID基本公式： ????控制流程圖如下： ????上圖中的目標(biāo)位置一般我們可以通過(guò)按鍵或者開(kāi)關(guān)等方式編程實(shí)現(xiàn)改變目標(biāo)值，測(cè)量位置就是通過(guò) stm32 去采集編碼器的數(shù)據(jù)。 ????目標(biāo)位置和測(cè)量位置之間作差就是目前系統(tǒng)的偏差。送入 PID 控制器進(jìn)行計(jì)算輸出，然后再經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率放大控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)去減小偏差， 最終達(dá)到目標(biāo)位置的過(guò)程。 2 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) 如何把我們以上的理論分析和控制原理圖使用 C 語(yǔ)言寫(xiě)出來(lái)呢，這是一個(gè)有趣且實(shí)用的過(guò)程。位置式 PID 具體通過(guò) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

int Position_PID (int Encoder,int Target)
{
  static float Bias,Pwm,Integral_bias,Last_Bias;
  Bias=Target- Encoder; //計(jì)算偏差
  Integral_bias+=Bias; //求出偏差的積分
  //PID基本公式
  Pwm=Position_KP*Bias+Position_KI*Integral_bias+Position_KD*(Bias-Last_Bias);
  Last_Bias=Bias; //保存上一次偏差
  return Pwm; //輸出
}

入口參數(shù)為編碼器的位置測(cè)量值和位置控制的目標(biāo)值，返回值為電機(jī)控制PWM(現(xiàn)在再看一下上面的控制框圖是不是更加容易明白了)。 第一行是相關(guān)內(nèi)部變量的定義。 第二行是求出位置偏差，由測(cè)量值減去目標(biāo)值。 第三行通過(guò)累加求出偏差的積分。 第四行使用位置式 PID 控制器求出電機(jī) PWM。 第五行保存上一次偏差，便于下次調(diào)用。 最后一行是返回。 增量式PID 1 計(jì)算公式 速度閉環(huán)控制就是根據(jù)單位時(shí)間獲取的脈沖數(shù)（這里使用了 M 法測(cè)速）測(cè)量電機(jī)的速度信息，并與目標(biāo)值進(jìn)行比較，得到控制偏差，然后通過(guò)對(duì)偏差的比例、積分、微分進(jìn)行控制，使偏差趨向于零的過(guò)程。 ????在我們的速度控制閉環(huán)系統(tǒng)里面只使用 PI 控制，因此對(duì) PID 控制器可簡(jiǎn)化 ????為以下公式： ????控制框圖和位置式的一樣的。 ????上圖中的目標(biāo)速度一般我們可以通過(guò)按鍵或者開(kāi)關(guān)等方式編程實(shí)現(xiàn)改變目標(biāo)值，測(cè)量速度前面在編碼器的章節(jié)已經(jīng)有說(shuō)到就是通過(guò)單片機(jī)定時(shí)去采集編碼器的數(shù)據(jù)并清零。 ????目標(biāo)速度和測(cè)量速度之間做差就是目前系統(tǒng)的偏差。送入 PID 控制器進(jìn)行計(jì)算輸出，然后再經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率放大控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)去減小偏差， 最終達(dá)到目標(biāo)速度的過(guò)程。 2 C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn) 如何把我們以上的理論分析和控制原理圖使用 C 語(yǔ)言寫(xiě)出來(lái)呢，這是一個(gè)有趣且實(shí)用的過(guò)程。位置式 PID 具體通過(guò) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

int Incremental_PI (int Encoder,int Target)
{
  static float Bias,Pwm,Last_bias;
  Bias=Encoder-Target; //計(jì)算偏差
  //增量式 PI 控制器
  Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias;
  Last_bias=Bias; //保存上一次偏差
  return Pwm; //增量輸出
}

入口參數(shù)為編碼器的速度測(cè)量值和速度控制的目標(biāo)值，返回值為電機(jī)控制 PWM。

第一行是相關(guān)內(nèi)部變量的定義。

第二行是求出速度偏差，由測(cè)量值減去目標(biāo)值。 第三行使用增量 PI 控制器求出電機(jī) PWM。

第四行保存上一次偏差，便于下次調(diào)用。

最后一行是返回。

P、I、D各個(gè)參數(shù)的作用

自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)主要有三個(gè)方面：穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。 穩(wěn)定性：

系統(tǒng)在受到外作用后，若控制系統(tǒng)使其被控變量隨時(shí)間的增長(zhǎng)而最終與給定期望值一致，則稱系統(tǒng)是穩(wěn)定的，我們一般稱為系統(tǒng)收斂。 如果被控量隨時(shí)間的增長(zhǎng)，越來(lái)越偏離給定值，則稱系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，我們一般稱為系統(tǒng)發(fā)散。穩(wěn)定的系統(tǒng)才能完成自動(dòng)控制的任務(wù)，所以，系統(tǒng)穩(wěn)定是保證控制系統(tǒng)正常工作的必要條件。


一個(gè)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)其被控量偏離給定值的初始偏差應(yīng)隨時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸減小并趨于零。

快速性：

快速性是指系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行的時(shí)間長(zhǎng)短。過(guò)程時(shí)間越短，說(shuō)明系統(tǒng)快速性越好，過(guò)程時(shí)間持續(xù)越長(zhǎng)，說(shuō)明系統(tǒng)響應(yīng)遲鈍，難以實(shí)現(xiàn)快速變化的指令信號(hào)。 穩(wěn)定性和快速性反映了系統(tǒng)在控制過(guò)程中的性能。系統(tǒng)在跟蹤過(guò)程中，被控量偏離給定值越小，偏離的時(shí)間越短，說(shuō)明系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度偏高。

準(zhǔn)確性：

是指系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程結(jié)束后，其被控變量（或反饋量）對(duì)給定值的偏差而言，這一偏差即為穩(wěn)態(tài)誤差，它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的指標(biāo)，反映了動(dòng)態(tài)過(guò)程后期的性能。


在實(shí)踐生產(chǎn)工程中，不同的控制系統(tǒng)對(duì)控制器效果的要求不一樣。比如平衡車、倒立擺對(duì)系統(tǒng)的快速性要求很高，響應(yīng)太慢會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失控。 智能家居里面的門窗自動(dòng)開(kāi)合系統(tǒng)，對(duì)快速性要求就不高，但是對(duì)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的要求就很高，所以需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)的超調(diào)量和靜差。
審核編輯：彭菁