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来源:www.yeduzixun.com时间:2019-12-23编辑:zjx987654

在工程实践中,应用最为普遍的调理器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调理。它以其构造容易、稳定性好、工作牢靠、调整便当而成为工业控制的主要技术之一。

算法是不能够吃的。

PID曾经有107年的历史了。

它并不是什么很崇高的东西,各位必定都见过PID的实践应用。

比方四轴飞行器,再比方均衡小车......还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器....

就是相似于这种:需求将某一个物理量“坚持稳定”的场所(比方保持均衡,稳定温度、转速等),PID都会派上大用场。

可是问题来了:

比方,我想控制一个“热得快”,让一锅水的温度坚持在50℃

这么容易的任务,为啥要用到微积分的理论呢。

我们必定在想:

这不是so easy嘛~ 小于50度就让它加热,大于50度就断电,不就行了?几行代码用Arduino分分钟写出来。

没错~在请求不高的状况下,的确能够这么干~ But!假如换一种说法,我们就晓得问题出在哪里了:

假如我的控制对象是一辆汽车呢?

要是但愿汽车的车速坚持在50km/h不动,我们还敢这样干么。

想象一下,假设汽车的定速巡航电脑在某立即间测到车速是45km/h。它立即命令发起机:加速!

结果,发起机那边忽然来了个100%全油门,嗡的一下,汽车急加速到了60km/h。

这时电脑又发出命令:刹车!

结果,吱...............哇............(乘客吐)

因此,在大多数场所中,用“开关量”来控制一个物理量,就显得比拟容易粗暴了。有时分,是无法坚持稳定的。由于单片机、传感器不是无限快的,采集、控制需求时间。

而且(展会网),控制对象拥有惯性。比方我们将一个加热器拔掉,它的“余热”(即热惯性)或许还会使水温继续升高一小会。

这时,就需求一种『算法』:

  • 它能够将需求控制的物理量带到目的左近
  • 它能够“预见”这个量的变化趋向
  • 它也能够消弭由于散热、阻力等要素形成的静态误差
  • ....

于是,当时的数学家们创造了这一历久不衰的算法——这就是PID。

我们应该曾经晓得了,P,I,D是三种不同的调理作用,既能够单独运用(P,I,D),也能够两个两个用(PI,PD),也能够三个一同用(PID)。

这三种作用有什么区别呢?客官别急,听我渐渐道来

pid是什么意义(pid控制是什么)(夜读头条网)

我们先只说PID控制器的三个最根本的参数:kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意义。它的作用最明显,原理也最容易。我们先说这个:

需求控制的量,比方水温,有它如今的『当前值』,也有我们希冀的『目的值』。

  • 当两者差距不大时,就让加热器“悄悄地”加热一下。
  • 要是由于某些缘由,温度降低了许多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。
  • 要是当前温度比目的温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温抵达目的左近。

这就是P的作用,跟开关控制办法相比,是否“文质彬彬”了许多。

实践写程序时,就让偏向(目的减去当前)与调理安装的“调理力度”,树立一个一次函数的关系,就能够完成最根本的“比例”控制了~

kP越大,调理作用越激进,kP调小会让调理作用更激进。

要是我们正在制造一个均衡车,有了P的作用,我们会发现,均衡车在均衡角度左近来回“狂抖”,比拟难稳住。

假如曾经到了这一步——祝贺我们!离胜利只差一小步了~

kD

D的作用更好了解一些,因此先说说D,最后说I。

方才我们有了P的作用。我们容易发现,只要P仿佛不能让均衡车站起来,水温也控制得晃晃悠悠,仿佛整个系统不是尤其稳定,总是在“颤动”。

我们心里想象一个弹簧:如今在均衡位置上。拉它一下,然后松手。这时它会震荡起来。由于阻力很小,它或许会震荡很长时间,才会重新停在均衡位置。

请想象一下:要是把上图所示的系统浸没在水里,同样拉它一下 :这种状况下,重新停在均衡位置的时间就短得多。

我们需求一个控制造用,让被控制的物理量的“变化速度”趋于0,即相似于“阻尼”的作用。

由于,当比拟接近目的时,P的控制造用就比拟小了。越接近目的,P的作用越温顺。有许多内在的或者外部的要素,使控制量发作小范围的摆动。

D的作用就是让物理量的速度趋于0,只需什么时分,这个量拥有了速度,D就向相反的方向用力,尽力刹住这个变化。

kD参数越大,向速度相反方向刹车的力道就越强。

假如是均衡小车,加上P和D两种控制造用,假如参数调理适宜,它应该能够站起来了~喝彩吧。

等等,PID三兄弟好想还有一位。看起来PD就能够让物理量坚持稳定,那还要I干嘛?

由于我们无视了一种重要的状况:

kI

还是以热水为例。假设有个人把我们的加热安装带到了十分冷的中央,开端烧水了。需求烧到50℃。

在P的作用下,水温渐渐升高。直到升高到45℃时,他发现了一个不好的事情:天气太冷,水散热的速度,和P控制的加热的速度相等了。

这可怎样办?

  • P兄这样想:我和目的曾经很近了,只需悄悄加热就能够了。
  • D兄这样想:加热和散热相等,温度没有动摇,我仿佛不用调整什么。

于是,水温永远地停留在45℃,永远到不了50℃。

作为一个人,依据常识,我们明白,应该继续增长加热的功率。可是增长多少该如何计算呢?

前辈科学家们想到的办法是真的巧妙。

设置一个积重量。只需偏向存在,就不时地对偏向停止积分(累加),并反响在调理力度上。

这样一来,即便45℃和50℃相差不太大,可是伴随时间的推移,只需没到达目的温度,这个积重量就不时增长。系统就会渐渐认识到:还没有抵达目的温度,该增长功率了!

到了目的温度后,假定温度没有动摇,积分值就不会再变动。这时,加热功率依然等于散热功率。可是,温度是稳稳的50℃。

kI的值越大,积分时乘的系数就越大,积分效果越明显。

因此,I的作用就是,减小静态状况下的误差,让受控物理量尽或许接近目的值。

I在运用时还有个问题:需求设定积分限制。避免在刚开端加热时,就把积重量积得太大,难以控制。

(二)再来了解PID到底怎样调?

(PID参数调整口诀)

参数整定找最佳,从小到大次第查

先是比例后积分,最后再把微分加

曲线振荡很频繁,比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾,比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢,积分时间往降落

曲线动摇时间长,积分时间再加长

曲线振荡频率快,先把微分降下来

动差大来动摇慢。微分时间应加长

理想曲线两个波,前高后低四比一

一看二调多剖析,调理质量不会低

若要反响增快,增大P减小I

若要反响减慢,减小P增大I

假如比例太大,会惹起系统震荡

假如积分太大,会惹起系统愚钝

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