很多同學都不清楚PID是個什么東西，因為很多不是自動化的學生。他們開口就要資料，要程序。
這是明顯的學習方法不對，起碼，首先，你要理解PID是個什么東西。
本文以通俗的理解，以小車縱向控制舉例說明PID的一些理解。
首先，為什么要做PID？
由于外界原因，小車的實際速度有時不穩定，這是其一，
要讓小車以最快的時間達達到既定的目標速度，這是其二。
速度控制系統是閉環，才能滿足整個系統的穩定要求，必竟速度是系統參數之一，這是其三.
小車調速肯定不是線性的，外界因素那么多，沒人能證明是線性的。如果是線性的，直接用P就可以了。
比如在PWM=60%時，速度是2M/S，那么你要它3M/S，就把PWM提高到90%。因為90/60=3/2，這樣一來太完美了。
完美是不可能的。
那么不是線性的，要怎么怎么控制PWM使速度達到即定的速度呢？即要快，又要準，又要狠。（即快準狠
）系統這個速度的調整過程就必須通過某個算法調整，一般PID就是這個所用的算法。
可能你會想到，如果通過編碼器測得現在的速度是2.0m/s,要達到2.3m/s的速度，那么我把pwm增大一點不
就行了嗎？是的，增大pwm多少呢？必須要通過算法，因為PWM和速度是個什么關系，對于整個系統來說，誰也
不知道。要一點一點的試，加個1%,不夠，再加1%還是不夠，那么第三次你還會加1%嗎？很有可能就加2%了。
通過PID三個參數得到一個表達式：△PWM=a *△V1+b *△V2+c *△V3,a b c是通過PID的那個長長的公式展開
，然后約簡后的數字，△V1 ，△V2 ，△V3 此前第一次調整后的速度差 ,第二次調整后的速度差,第三次。。
。。。一句話，PID要使當前速度達到目標速度最快，需要建立如何調整pwm和速度之間的關系。
輸入輸出是什么：
輸入就是前次速度，前前次速度，前前前次速度。
輸出就是你的PWM應該增加或減小多少。
為了避免教科書公式化的說明，本文用口語化和通俗的語言描述。雖然不一定恰當，但意思差不多，就是那個事。如果要徹頭徹尾地弄PID，建議多調試，寫幾個仿真程序。 PID一般有兩種：位置式PID和增量式PID。在小車里一般用增量式，為什么呢？位置式PID的輸出與過去的所有狀態有關，計算時要對e（每一次的控制誤差）進行累加，這個計算量非常大，而明沒有必要。而且小車的PID控制器的輸出并不是絕對數值，而是一個△，代表增多少，減多少。換句話說，通過增量PID算法，每次輸出是PWM要增加多少或者減小多少，而不是PWM的實際值。 下面均以增量式PID說明。 這里再說一下P、I、D三個參數的作用。P=Proportion，比例的意思，I是Integral，積分，D是Differential微分。 打個比方，如果現在的輸出是1，目標輸出是100，那么P的作用是以最快的速度達到100，把P理解為一個系數即可；而I呢？大家學過高數的，0的積分才能是一個常數，I就是使誤差為0而起調和作用；D呢？大家都知道微分是求導數，導數代表切線是吧，切線的方向就是最快到至高點的方向。這樣理解，最快獲得最優解，那么微分就是加快調節過程的作用了。 公式本來需要推導的，我就不來這一套了。直接貼出來：
看看最后的結果：△Uk=A*e(k)+B*e(k-1)+C*e(k-2) 這里KP是P的值，TD是D的值，1/Ti是I的值，都是常數，哦，還有一個T，T是采樣周期，也是已知。而A B C是由P I D換算來的，按這個公式，就可以簡化計算量了，因為 P I D 是常數，那么A B C可以用一個宏表示。這樣看來，只需要求e(k) e(k-1) e(k-2)就可以知道△Uk的值了，按照△Uk來調節PWM的大小就OK了。PID三個參數的確定有很多方法，不在本文討論范圍內。采樣周期也是有據可依的，不能太大，也不能太小。 ........................ ........................ 寫著寫著成了老太婆的裹腳了，本來說拿個程序來說明一下，看來只能在下一文中了。
PID實際編程的過程的，要注意的東西還是有幾點的。PID這東西可以做得很深。 1 PID的診定。湊試法，臨界比例法，經驗法。 2 T的確定，采樣周期應遠小于過程的擾動信號的周期，在小車程序中一般是ms級別。 3 目標速度何時賦值問題，如何更新新的目標速度?這個問題一般的人都乎略了。目標速度肯定不是個恒定的，那么何時改變目標速度呢？ 4 改變了目標速度，那么e(k) e(k-1) e(k-2)怎么改變呢？是賦0還是要怎么變？ 5 是不是PID要一直開著？ 6 error為多少時就可以當速度已達到目標？ 7 PID的優先級怎么處理，如果和圖像采集有沖突怎么辦？ 8 PID的輸入是速度，輸出是PWM，按理說PWM產生速度，但二者不是同一個東西，有沒有問題？ 9 PID計算如何優化其速度？指針，匯編，移位？都可以試！ //***************************************************** //定義PID結構體 //***************************************************** typedef struct PID { int SetPoint; //設定目標 Desired Value double Proportion; //比例常數 Proportional Const double Integral; //積分常數 Integral Const double Derivative; //微分常數 Derivative Const int LastError; //Error[-1] int PrevError; //Error[-2] } PID; //***************************************************** //定義相關宏 //***************************************************** #define P_DATA 100 #define I_DATA 0.6 #define D_DATA 1 #define HAVE_NEW_VELOCITY 0X01 //***************************************************** //聲明PID實體 //***************************************************** static PID sPID; static PID *sptr = &sPID; //***************************************************** //PID參數初始化 //***************************************************** void IncPIDInit(void) { sptr->LastError = 0; //Error[-1] sptr->PrevError = 0; //Error[-2] sptr->Proportion = P_DATA; //比例常數 Proportional Const sptr->Integral = I_DATA; //積分常數Integral Const sptr->Derivative = D_DATA; //微分常數 Derivative Const sptr->SetPoint =100; 目標是100 } //***************************************************** //增量式PID控制設計 //***************************************************** int IncPIDCalc(int NextPoint) { int iError, iIncpid; //當前誤差 iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //增量計算 iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]項 - sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]項 + sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]項 sptr->PrevError = sptr->LastError; //存儲誤差，用于下次計算 sptr->LastError = iError; return(iIncpid); //返回增量值 } Int g_CurrentVelocity; Int g_Flag; void main(void) { DisableInterrupt InitMCu(); IncPIDInit(); g_CurrentVelocity=0; //全局變量也初始化 g_Flag=0; //全局變量也初始化 EnableInterrupt; While(1) { if (g_Flag& HAVE_NEW_VELOCITY) { PWMOUT+= IncPIDCalc(CurrentVelocity); g_Flag&=~ HAVE_NEW_VELOCITY; } } } //**************************************** //采樣周期T //**************************************** Interrrupt TIME void { CurrentVelocity =GetCurrentVelocity; g_Flag|= HAVE_NEW_VELOCITY; }
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飛思卡爾小車PID控制的通俗理解.pdf
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2018-2-27 01:10 上傳
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