PID算法详解

       几乎没有一种控制算法比​PID​调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自​PID​。甚至可以这样说：​PID​调节器是其它控制调节算法的MOM。

       PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力和抗扰能力，同时，在PID调节器中引入积分项，系统增加了一个零积点，使之成为一阶或一阶以上的系统，这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。由于自动控制系统被控对象的千差万别，PID的参数也必须随之变化，以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦，特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤：

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。

3．一般步骤

a.确定比例增益P

确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。

b.确定积分时间常数Ti

比例增益P确定后，设定一个较大的积分时间常数Ti的初值，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。

c.确定积分时间常数Td

积分时间常数Td一般不用设定，为0即可。若要设定，与确定 P和Ti的方法相同，取不振荡时的30%。

d.系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。

PID调节经验总结

PID控制器参数选择的方法很多，例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是，对于PID控制而言，参数的选择始终是一件非常烦杂的工作，需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验，一般PID参数确定的步骤如下[42]：

(1)确定比例系数Kp

确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为

纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60％～70％，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp，设定PID的比例系数Kp为当前值的60％～70％。

(2)确定积分时间常数Ti

比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150％～180％。

(3)确定微分时间常数Td

微分时间常数Td一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定，则与确定Kp的方法相同，取不振荡时其值的30％。

(4)系统空载、带载联调

对PID参数进行微调，直到满足性能要求。



PID代码



//定义变量

float Kp;                       //PI调节的比例常数

float Ti;                       //PI调节的积分常数

float T;                        //采样周期

float Ki;

float ek;                       //偏差e[k]

float ek1;                      //偏差e[k-1]

float ek2;                      //偏差e[k-2]

float uk;                       //u[k]

signed int uk1;                 //对u[k]四舍五入取整

signed int adjust;              //调节器输出调整量



//变量初始化

    Kp=4;

    Ti=0。005;

    T=0.001;

// Ki=KpT/Ti=0.8，微分系数Kd=KpTd/T=0.8,Td=0.0002,根据实验调得的结果确定这些参数

    ek=0;

    ek1=0;

    ek2=0;

    uk=0;

    uk1=0;

    adjust=0;



int piadjust(float ek)  //PI调节算法

{

    if( gabs(ek)<0.1 )

    {

       adjust=0;

    }

    else

    {     

       uk=Kp*(ek-ek1)+Ki*ek;  //计算控制增量

       ek1=ek;

       uk1=(signed int)uk;

       if(uk>0)

       {

          if(uk-uk1>=0.5)

          {

             uk1=uk1+1;

          }

       }

       if(uk<0)

       {

          if(uk1-uk>=0.5)

          {

             uk1=uk1-1;

          }

       }

       adjust=uk1;   

    }        

    return adjust;

}



下面是在AD中断程序中调用的代码。

       。。。。。。。。。。。

       else //退出软启动后，PID调节,20ms调节一次

           {

              EvaRegs.CMPR3=EvaRegs.CMPR3+piadjust(ek);//误差较小PID调节稳住

              if(EvaRegs.CMPR3>=890)

              {

                 EvaRegs.CMPR3=890; //限制PWM占空比

              }        

           }


后续将会有PID举列程序，请大家敬请期待！


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