算法篇(PID详解).pdf

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1、前言说明控制的方法远远不止PID这一招，在许多场合也未必是最佳的控制算法。对于学习能力较好的师弟也可以再去寻求一种更优秀的控制算法。PID的分类多如牛毛，例如：模糊PID、数字PID、神经元PID等等。另外，本文档是参考几十个PID相关文档资料整合而成。由于个人能力等原因，从策划、编辑、排版等花了一个多月的时间才完成此次PID算法的整合。为了更有针对性和有效性，本文档主要讲解数字PID及其变种（改进式PID）：位置式和增量式。以及这两种PID的C语言编程实现、参数的调整确定和PID控制的应用。我们为什么要用PID算

2、法呢？原因很简单：其一，PID是一种比较成熟的控制算法，而且还有许多基于PID的变种算法（简称改进式PID）。其二，资料多，学习难度降低，入门快。其三，多届师兄实践过，感觉效果还不错！但每年资料成指数增长，从上届师兄那拷贝了好几G资料，讲PID控制的文档可以夸张的说跟天上的“星星”一样，看了之后眼花缭乱，而且有很多重复的。为了让更多人能快速上手使用PID控制算法，结合个人经验和相关文档将它浓缩如下：一、什么是PID控制？由易到难、从简到繁、结合现实和理论带你入门PID算法。以下从两个方面进行介绍：1.1用生活实例谈

3、PID，让你有个感性的认识：1）比方说桌子上放个物体，样子像块金属，巴掌大小。你心里会觉得这个物体比较重，就用较大力量去拿，可是这个东西其实是海绵做的，外观被加工成了金属的样子。手一下子“拿空了”，打住了鼻子。这是怎么回事？比例作用太强了。导致你的大脑发出指令，让你的手输出较大的力矩，导致“过调”。2）还是那个桌子，还放着一块相同样子的东西，这一次你会用较小的力量去拿。可是东西纹丝不动。怎么回事？原来这个东西确确实实是钢铁做的。刚才你调整小了比例作用，导致比例作用过弱。导致你的大脑发出指令，命令你的手输出较小的力矩

4、，导致“欠调”。3）还是那个桌子，第三块东西样子跟前两块相同，这一次你一定会小心点了，开始力量比较小，感觉物体比较沉重了，再逐渐增加力量，最终顺利拿起这个东西。为什么顺利了呢？因为这时候你不仅使用了比例作用，还使用了积分作用，根据你使用的力量和物体重量之间的偏差，逐渐增加手的输出力量，直到拿起物品以后，你增加力量的趋势才得以停止。这三个物品被拿起来的过程，就是一个很好的整定自动调节系统参数的过程。1.2从理论上深入了解PID：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。PID控

5、制器问世至今已有近70年历史，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。当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制，就是比例(Proportional)、积分(Integral)和微分(Differential)控制，它的结构简单，参数易于调整，是智能车控制系统中经常采用的控制算法。PID公式如下：1.

6、2.1PID连续控制算法的表达式：（了解部分）1tde(t)u(t)K[e(t)e(t)dtT]PD其中：T0dtIu(t)为控制器输出的控制量；（输出）e(t)为偏差信号，它等于给定量与输出量之差；（输入）KP为比例系数；（对应参数Kp）TI为积分时间常数；（对应参数Ki）TD为微分时间常数。(对应参数Kd)1.2.2数字（离散）PID控制算法的表达式：（重点部分）由以上的连续PID经过一系列的数值量化处理后变成离散型的PID，离散化的原因是由于计算机控制系统是一种采样控制系统，它只能根据采样时刻的偏差值

7、计算控制量，因此，必须将PID调节器离散化，用差分方程来代替连续系统的微分方程。分为位置式和增量式两类，具体如下：几个需重点理解的概念：1）基本偏差e(t)：表示当前测量值与设定目标值间的差，设定目标是被减数，结果可为正或负值，正值表示未达到目标，负值表示超过设定值。（代表比例）2）偏差和:∑e(t)=e(t)+e(t-1)+e(t-2)+······+e(1)即每次测量的偏差值总和，注意正负（代表积分）3）基本偏差的相对偏差:即e(t)-e(t-1)用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差（代表微分）1.2.2.1位

8、置式：a、公式:（到时用于C语言编程用)①当前位置式输出：U(t)=Kp*e(t)+Ki*∑e(t)+Kd*(e(t)-e(t-1))②上次位置式输出：U(t-1)=Kp*e(t-1)+Ki*∑e(t-1)+Kd*(e(t-1)-e(t-2))其中：Kp、Ki、Kd为待定的系数，U（t）输出控制量b、特点：1）位置式PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到