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一个故事读懂PID控制绝对经典

一文看懂舵机硬件pid电路原理-电子发烧友网

《从新手到高手 自动调节系统解析与PID整定》

PID控制器的数字实现及C语法讲解 - free_稀饭 - 博客园

 

有的时候书本上的仅仅是理论，读起来会比较深奥。反倒是博客上的有些文章是比较不错的。所以记录下。

 

mcu实现的有位置式PID和增量PID，但是通常用的多是增量式PID，这样可以减少mcu的内存占用，效果也可以达到，因此在多数场景中，都用增量式PID控制的方法。

两者的优缺点

a) 增量式算法优点：①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；②计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；③手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。

b) 位置式PID控制算法的缺点：当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关，计算时要对e(k)进行累加，运算量大；而且控制器的输出u(k)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，u(k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

区别于联系：

1、其实是位置式和增量式是一样的，增量式最后那个输出化解完和位置式一样。增量式PID可以通过 u(k) = u(k-1) + Δu(k) 得到位置式输出

2、增量型算法与位置型算法比较：

（1）增量型算法不需做累加，计算误差后产生的计算精度问题，对控制量的计算影响较小。位置型算法用到过去的误差的累加，容易产生较大的累加误差。

（2）增量型算法得出的是控制的增量，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会影响系统的工作。位置型算法的输出是控制量的全部输出，误动作影响大。
（3）增量式算法的主要优势体现在对积分环节的处理上，积分作用的累加效果会影响到输出的准确性。
（4）楼上的说法让我获益不少，一直没理解“避免误动作”的原因。另外，增量式算法易于实现手、自动的无扰动切换。

增量式PID调教总结

1．负反馈

自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线，确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（PID算法时，误差=输入-反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。

2．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。

调整方法现在一般采用的是临界比例法。

部分来源于网络。。

控制系统中应用最为广泛的一种控制规律。

        PID调节器之所以经久不衰，主要有以下优点：

        (1)技术成熟，通用性强

        (2)原理简单，易被人们熟悉和掌握 

        (3)控制效果较好

（一）、PID的形式：
P：Proportion（比例），就是输入偏差乘以一个常数。I  ：Integral（积分），就是对输入偏差进行积分运算。D：Derivative（微分），对输入偏差进行微分运算。
注：输入偏差=读出的被控制对象的值-设定值。比如说我要把温度控制在26度，但是现在我从温度传感器上读出温度为28度。则这个26度就是”设定值“，28度就是“读出的被控制对象的值”。

KP为比例增益；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；u(t)为控制
量(控制器输出)；e(t)为被控量与给定值的偏差。

（二）PID参数对控制性能的影响
1.随着比例系数Kp的增加，超调量增大，系统响应速度加快，

2.积分时间常数Ti对控制性能的影响
        积分作用的强弱取决于积分常数Ti。Ti越小，积分作用就越强，反之
Ti大则积分作用弱。积分控制的主要作用是改善系统的稳态性能，消除
系统的稳态误差。当系统存在控制误差时，积分控制就进行，直至无
差，积分调节停止，积分控制输出一常值。
        加入积分控制可使得系统的相对稳定性变差。Ti值的减小可能导致
系统的超调量增大，Ti值的增大可能使得系统响应趋于稳态值的速度减
慢。

3.微分时间常数Td对控制性能的影响
        随着微分时间常数Td的增加，闭环系统响应的响应速度加快，调节
时间减小。微分环节的主要作用是提高系统的响应速度。由于该环节对
误差的导数(即误差变化率发生作用)，它能在误差较大的变化趋势时施加
合适的控制。
        但是过大的Kd值会因为系统造成或者受控对象的大时间延迟而出现
问题。微分环节对于信号无变化或变化缓慢的系统不起作用。 

总结：
*比例控制能迅速反映误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误
  差，KP的加大会引起系统的不稳定；
*积分控制的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，
  输出控制量以消除误差。因此只要有足够的时间，积分控制将能完全消
  除误差，但是积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡；

*微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快
  系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。