pid设置技巧(什么PID居然能这么讲)
pid设置技巧(什么PID居然能这么讲)
2024-10-01 11:30:28  作者:伱別拋棄莪  网址:https://m.xinb2b.cn/know/aiy361240.html

(一)先来彻底搞懂PID到底是啥?

啥是PID?

PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

算法是不可以吃的。

PID已经有107年的历史了


它并不是什么很神圣的东西,大家一定都见过PID的实际应用。

比如四轴飞行器,再比如平衡小车......还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器....

就是类似于这种:需要将某一个物理量“保持稳定”的场合(比如维持平衡,稳定温度、转速等),PID都会派上大用场。

那么问题来了:

比如,我想控制一个“热得快”,让一锅水的温度保持在50℃

这么简单的任务,为啥要用到微积分的理论呢


你一定在想:

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~在要求不高的情况下,确实可以这么干~ But! 如果换一种说法,你就知道问题出在哪里了:

如果我的控制对象是一辆汽车呢?

要是希望汽车的车速保持在50km/h不动,你还敢这样干么。

设想一下,假如汽车的定速巡航电脑在某一时间测到车速是45km/h。它立刻命令发动机:加速!

结果,发动机那边突然来了个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)


所以,在大多数场合中,用“开关量”来控制一个物理量,就显得比较简单粗暴了。有时候,是无法保持稳定的。因为单片机、传感器不是无限快的,采集、控制需要时间。

而且,控制对象具有惯性。比如你将一个加热器拔掉,它的“余热”(即热惯性)可能还会使水温继续升高一小会。

这时,就需要一种『算法』:

它可以将需要控制的物理量带到目标附近它可以“预见”这个量的变化趋势它也可以消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差....

于是,当时的数学家们发明了这一历久不衰的算法——这就是PID。

你应该已经知道了,P,I,D是三种不同的调节作用,既可以单独使用(P,I,D),也可以两个两个用(PI,PD),也可以三个一起用(PID)。

这三种作用有什么区别呢?客官别急,听我慢慢道来


我们先只说PID控制器的三个最基本的参数:kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意思。它的作用最明显,原理也最简单。我们先说这个:

需要控制的量,比如水温,有它现在的『当前值』,也有我们期望的『目标值』。

当两者差距不大时,就让加热器“轻轻地”加热一下。要是因为某些原因,温度降低了很多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。要是当前温度比目标温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温到达目标附近。

这就是P的作用,跟开关控制方法相比,是不是“温文尔雅”了很多


实际写程序时,就让偏差(目标减去当前)与调节装置的“调节力度”,建立一个一次函数的关系,就可以实现最基本的“比例”控制了~

kP越大,调节作用越激进,kP调小会让调节作用更保守。

要是你正在制作一个平衡车,有了P的作用,你会发现,平衡车在平衡角度附近来回“狂抖”,比较难稳住。

如果已经到了这一步——恭喜你!离成功只差一小步了~

kD

D的作用更好理解一些,所以先说说D,最后说I。

刚才我们有了P的作用。你不难发现,只有P好像不能让平衡车站起来,水温也控制得晃晃悠悠,好像整个系统不是特别稳定,总是在“抖动”。


你心里设想一个弹簧:现在在平衡位置上。拉它一下,然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小,它可能会震荡很长时间,才会重新停在平衡位置。

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 :这种情况下,重新停在平衡位置的时间就短得多。

我们需要一个控制作用,让被控制的物理量的“变化速度”趋于0,即类似于“阻尼”的作用。

因为,当比较接近目标时,P的控制作用就比较小了。越接近目标,P的作用越温柔。有很多内在的或者外部的因素,使控制量发生小范围的摆动。

D的作用就是让物理量的速度趋于0,只要什么时候,这个量具有了速度,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。

如果是平衡小车,加上P和D两种控制作用,如果参数调节合适,它应该可以站起来了~欢呼吧


等等,PID三兄弟好想还有一位。看起来PD就可以让物理量保持稳定,那还要I干嘛?

因为我们忽视了一种重要的情况:

kI

还是以热水为例。假如有个人把我们的加热装置带到了非常冷的地方,开始烧水了。需要烧到50℃。

在P的作用下,水温慢慢升高。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。

这可怎么办?

P兄这样想:我和目标已经很近了,只需要轻轻加热就可以了。D兄这样想:加热和散热相等,温度没有波动,我好像不用调整什么。

于是,水温永远地停留在45℃,永远到不了50℃。

作为一个人,根据常识,我们知道,应该进一步增加加热的功率。可是增加多少该如何计算呢?

前辈科学家们想到的方法是真的巧妙


设置一个积分量。只要偏差存在,就不断地对偏差进行积分(累加),并反应在调节力度上。

这样一来,即使45℃和50℃相差不太大,但是随着时间的推移,只要没达到目标温度,这个积分量就不断增加。系统就会慢慢意识到:还没有到达目标温度,该增加功率啦!

到了目标温度后,假设温度没有波动,积分值就不会再变动。这时,加热功率仍然等于散热功率。但是,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。

所以,I的作用就是,减小静态情况下的误差,让受控物理量尽可能接近目标值。

I在使用时还有个问题:需要设定积分限制。防止在刚开始加热时,就把积分量积得太大,难以控制。

(二)再来看看PID到底怎么调?

(PID参数调整口诀)

参数整定找最佳,从小到大顺序查

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,积分时间往下降

曲线波动周期长,积分时间再加长

曲线振荡频率快,先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波,前高后低四比一

一看二调多分析,调节质量不会低

若要反应增快,增大P减小I

若要反应减慢,减小P增大I

如果比例太大,会引起系统震荡

如果积分太大,会引起系统迟钝

来源:网络,侵删

往期优秀文章回顾:

【有料】漫画解释DCS、PLC、FCS控制系统的区别,真是通俗易懂!

  • 养鸡常见的问题汇总(养鸡知识问答收藏哦)
  • 2024-10-01养鸡知识问答收藏哦以下是养殖一家人支持媒体——微信号:(xmsyw_yzzj1),有人@你:养鸡知识问答?问题一:进雏前应做好哪些准备?答案⑴做好鸡舍的清理和消毒⑵准备好饲养设备①取暖设备:暖气、保温伞(Φ1.2~1.。
  • 亨氏系列(百年来首次统一品牌)
  • 2024-10-01百年来首次统一品牌拥有150年历史的亨氏这是这家百年食品公司成立至今,首次进行品牌统一整理工作,由创意机构JonesKnowlesRitchie独特的标识,是品牌能够在不同渠道有效传播的关键,亦是亨氏进行这次品牌更新的。
  • 献血知识点详解(有关献血的小知识)
  • 2024-10-01有关献血的小知识小医生,关于献血有哪些需要注意的事情,有什么小知识点给我们普及一下吧好啊,关于献血方面需要注意的问题以及小知识,主要有以下几个方面,不懂的小伙伴可以学习下一、献血前注意事项1.学习献血知识,消除紧张心。
  • 驾照扣分规则调整(记分规则有重大调整)
  • 2024-10-01记分规则有重大调整来源:央视财经近日,公安部发布了新制修订的《机动车登记规定》《机动车驾驶证申领和使用规定》《道路交通安全违法行为记分管理办法》3个部门规章,进一步改革完善机动车登记、驾驶人管理和交通违法记分制度《机动。
  • 岩茶焙火时间表(轻火中火足火)
  • 2024-10-01轻火中火足火丨本文由小陈茶事旗下岩茶课堂原创丨首发于头条号:岩茶课堂丨作者:李麻花《1》三月来了,万物复苏在户外,春天的气息已经愈演愈浓在室内,在茶席的布置上,总该有些应季的植物,添添气氛不然,总看一成不变的绿萝。
  • xbox服务器连接被阻止(xbox服务器连接被阻止怎么办)
  • 2024-10-01xbox服务器连接被阻止怎么办手动设置DNS,右键网络连接图标,选择“打开网络和共享中心”点击现在连接的网络名称,打开网络状态窗口,点击“属性”,在网络属性窗口中双击“Internet协议版本4”将DNS服务器手动设置为“4221。
  • 萝卜蹲的游戏规则是什么(萝卜蹲怎么玩的)
  • 2024-10-01萝卜蹲怎么玩的将参加活动的参与者分成几组,每组可以只是一个人,也可以是好多人将每组用不同的颜色命名,比如我们有五组参与者,于是命名为:黄萝卜,白萝卜,绿萝卜,青萝卜,红萝卜随机选中其中一组为开始组,这组成员边做蹲起。
  • 猪血的做法大全家常菜(猪血的做法大全家常菜推荐)
  • 2024-10-01猪血的做法大全家常菜推荐小炒猪血豆腐:将猪血冲洗干净,切条,用开水烫下浸泡备用香菜梗切段,大蒜切片热油锅爆香蒜片,倒入猪血翻炒,加入适量盐、味极鲜翻炒均匀,放入香菜梗,略炒,有香味后关火淋入香油,盛盘即可猪血菠菜汤:菠菜清洗。
  • 脸上脂肪粒怎么去除小窍门(脸上的脂肪粒怎么处理)
  • 2024-10-01脸上的脂肪粒怎么处理很多妹子对于脸上长出的脂肪粒都是束手无策的,虽然脂肪粒不痛不痒,但却会影响整体的颜值对于爱美的人来说,是不容许脂肪粒长期在自己脸上的下面我们一起来看看脸上的脂肪粒怎么处理,想知道的朋友们不要错过啦!脸。