1.PID應用

1.說明：使某個系統，在特定條件下，達到期望。
2.不是所有系統都能達到期望目標，（達到的期望目標是指，它在正常情況下所能達到的最大值）
3.條件的改變是會改變系統達到的期望的過程，甚至決定了系統能否達到達到的期望：
舉例：1.一個人在你面前距離10M 的位置靜止，條件使你以1m/s的速度向后跑，條件的不合理使你不能達到期望；
2.上面的例子，改變條件，改變速度，最終會到達哪個位置，但是用的的時間比較長
所以，改變條件，可能會使期望壓根無法到達，或是無法達到想要到達的期望。

2.模擬與數字PID

兩者理論，及每個環節的作用 基本一樣，唯獨數字式引入采樣周期的概念
1.模擬式連續不間斷，基本沒有周期概念；數字式有周期間斷，基本每次輸入和輸出都是周期執行的。
2.若數字式控制頻率大小趨于光速大小，你可以認為兩者就是一種形式；
3.區分兩者主要的原因就是編程和邏輯單元的引入，因為這樣可以使PID 的參數容易調整，對系統的控制更加便利，但因為控制器主頻和復雜邏輯的引入，就注定了數字式的周期要遠遠大于模擬式，但綜合利弊之后，發現上k的頻率依然可以使系統達到期望，因此模擬式的應用要少于數字式。以下要講的內容都以數字式PID展開。

3.增量式與位置式PID

1.學術理論描述：
1.位置式PID

e(k):用戶設定的值（目標值）減去控制對象的當前的狀態值
比例P：e(k)
積分I： 誤差的累加
微分D： 這次誤差減上次誤差
也就是位置式PID是當前系統的實際位置，與你想要達到的預期位置的偏差，進行PID控制，因為有誤差積分，一直累加，也就是當前的輸出u(k)與過去的所有狀態都有關系，用到了誤差的累加值；（誤差e會有誤差累加），輸出的u(k)對應的是執行機構的實際位置，一旦控制輸出出錯（控制對象的當前的狀態值出現問題），u(k)的 大幅變化會引起系統的大幅變化，并且位置式PID在積分項達到飽和時，誤差仍然會在積分作用下繼續累積，一旦誤差開始反向變化，系統需要一定時間從飽和區 退出，所以在u(k)達到最大和最小時，要停止積分作用，并且要有積分限幅和輸出限幅，所以在使用位置式PID時，一般我們直接使用PID控制
2.增量式PID

增量式PID根據公式可以很好的看出，一旦確定了Kp Ti Td,只要使用前后三次測量值的偏差，即可由公式求出控制增量，而得出的控制量▲u(k)對應的是近幾次位置誤差的增量，而不是對應與實際位置的偏差，沒有誤差累加，也就是說，增量式PID中不需要累加。
控制增量▲u(k)的確定僅與最近3次的采樣值有關，容易通過加權處理獲得比較好的控制效果，并且在系統發生問題時，增量式不會嚴重影響系統的工作

總結：

增量式PID，是對位置型 PID 取增量，這時控制器輸出的是相鄰兩次采樣時刻所計算的位置值之差，得到的結果是增量，即在上一次的控制量的基礎上需要增加（負值意味減少）控制量

2.根據經驗后的象形描述
1.位置式PID

e(k)；設定值-當前值（有人問偏差有什么用？偏差的形成，最直觀的表達了當前系統，與期望之間的差距，偏差存在 就說明你沒達到期望，要進行調節）
比例P：e(k)( 偏差增益放大，類似把與目標的差距轉化成追隨目標的動力。差距越小所需要的動力越小)
積分I：誤差的累加（抽象理解為追隨目標的堅持力，有動力沒堅持，必然會使自己跌宕起伏，則有穩態誤差）
微分D：這次的誤差減上次的誤差*（對力度的控制，動力大了就會浮躁，就要磨磨性子，什么時候動力要大些，什么時候動力要小些，微分環節做了一個很好的監督，即超前控制）

2.增量式PID（實際為偏差變化率的控制，即把err替換為▲err，即為對▲err的位置式PID）

比例
積分：以上兩者與上面解釋相同
微分：這次的誤差-2*上次誤差+上上次誤差
（即便如此，對變化率的控制好比對經驗的積累，經驗積累到了一定程度你就達到了目標）

以上的圖可以用向量與向量和的概念來了解位置式與增量式PID，可以理解為位置式是增量式的向量和。最終他們的控制結果是一樣，都是追隨并達到期望，只是過程不一樣。位置式激進奮發，增量式成熟穩重，前者適合反應快的，后者適合位置穩定的。

3.總結

增量式與位置式的區別：
1.增量式算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次偏差采樣值有關，計算誤差對控制量計算的影響較小。而位置式算法要用到過去偏差的累加值，容易產生較大的累加誤差。
2.增量式算法得出的是控制量的增加，例如在閥門控制中，只輸出閥門開度的變化部分，誤動作，影響小，必要時還可通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會嚴重影響系統的工作。而位置式的輸出直接對應對象的輸出，因此對系統影響較大’
3.增量式PID控制輸出的是控制量增量，并無積分作用，因此該方法適用于執行機構帶積分部件的對象，如步進電機等，而位置式PID適用于執行機構不帶積分部件的對象，如電液伺服閥。

4.在執行PID控制時，位置式PID需要有積分限幅和輸出限幅，而增量式PID只需輸出限幅

位置式PID的優缺點：

優點：
1.位置式PID是一種非遞推式算法，可直接控制執行機構（如平衡小車），u(k)的值和執行機構的實際位置（如小車當前角度）是一一對應的，因此在執行機構不帶積分部件的對象中可以很好應用
缺點:
2.每次輸出均與過去的狀態有關，計算時要對e(k)進行累加，運算工作量大

增量式PID優缺點：

優點：
1.誤動作時影響小，必要時可用邏輯判斷的方法去掉出錯數據
2.手動/自動切換時沖擊小，便于實現無擾動切換。當計算機故障時，仍能保持原值。
3.算式中不需要累加。控制增量▲u(k)的確定僅與最近三次的采樣值有關。

缺點:
1.積分截斷效應大，有穩態誤差；
2.溢出的影響大。有的被控對象用增量式則不太友好

4.PID控制策略

1.純P控制：有人認為只有p不合理，那要看你是什么系統，只要求有調節作用允許有穩態誤差現象的系統（比如你設計一個打人裝置，目的是打疼那個人，純P就可以，為啥還要加積分和微分環節），不過這樣的系統少而已；
2.PI控制：對于穩定要求高，且不用太迅速的，且需要持續能量輸出的系統，智能車的速度環就是如此（拿到現實中，你駕車起步，車輛要動，你就要踩油門，你不可能猛踩油門，但要求有時速度要恒定一個范圍，所以踩油門這個過程就是穩定要求高，且不用太迅速的系統，p是踩油門的行動力，而i就是要保持速度不變的油門把握的堅持力，同時這個堅持力要持續輸出）
3. PD控制：對于穩定要求高，且迅速，無需或不能持續輸出的系統，智能車轉向環就是如此（來到現實，你手握方向盤，打方向盤肯定要迅速，這就是p環節，但你要控制力度，力度大了肯定不行，這就是d環節，該使什么樣的力度，體現了d環節的超前控制，不能有i，i代表堅持，堅持往一個方向打方向盤，車豈不是要轉圈了？）
4. ：PID控制：對于需要穩、快、準的系統。（賽車手，什么彎道怎么用什么速度，加速降速極快，p大力調速，i穩定車速，d控制剎車和油門的力度，對速度超前控制，實現穩快準）

總結：實際上，對于很多需要持續的能量輸出，到了目標后系統還要持續輸出的系統，比如速度環等等，這種系統一般都需要i環節或者運用增量式系統。而到了目標后不需要能量維持，到了目標就不用系統再輸出的系統往往都是位置式PD控制，比如轉向環。

5.PID參數整定

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類:1.理論計算整定法它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改，，2.工程整定法它主要依賴工作經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單，易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后的調整與完善。 3.過程 首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統工作 僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界震蕩，記下這時的比例放大系數和臨界震蕩周期； 在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數

PID參數的設定：是靠經驗及工藝的熟悉，參考測量值跟蹤與設定值曲線，從而調整P、I、D的大小

4.口訣
參數整定找最佳，從小到大順序查；
先是比例后積分，最后再把微分加；
曲線震蕩很頻繁，比例度盤要放大；
曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳；
曲線偏離回復慢，積分時間往下降；
曲線波動周期長，積分時間再加長；

總結

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

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。