請教什么是PID控制？有最簡單的例程嗎？能理解的那種

ID:891876 · 發(fā)表于 2024-3-19 09:36

請教如題，謝謝！

ID:69038 · 發(fā)表于 2024-3-19 14:06

有一個很好理解的“例程”。。。
你有沒有過背上發(fā)癢，自己抓不到，請別人幫忙抓癢的經(jīng)歷？
“左邊。”
“再左一點。”
“過了過了，返回去一點。”
“再返回去一小點。”
“對對對，就是這，使勁抓。。”

ID:1112840 · 發(fā)表于 2024-3-19 14:26

PID控制是一種常見的反饋控制算法，它通過比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Derivative）三個環(huán)節(jié)來調(diào)整控制器輸出，以便讓系統(tǒng)輸出盡可能接近期望值。簡單來說，PID控制就是一個調(diào)節(jié)過程，它可以根據(jù)當前值與目標值之間的差異（偏差），動態(tài)地調(diào)整輸出，以達到控制目標。

ID:883242 · 發(fā)表于 2024-3-19 15:05

zhuls 發(fā)表于 2024-3-19 14:06
有一個很好理解的“例程”。。。
你有沒有過背上發(fā)癢，自己抓不到，請別人幫忙抓癢的經(jīng)歷？
“左邊。”

PID就是中間有大的時間延遲環(huán)節(jié)的控制方法，從發(fā)出命令到實際執(zhí)行有很長時間的不響應(yīng)，其目的就是為了防止你說的“過了過了，返回去一點。”這種事情的發(fā)生。如果允許“過了”，完全沒必要用PID，直接反饋多簡單啊！

ID:69038 · 發(fā)表于 2024-3-19 15:19

Hephaestus 發(fā)表于 2024-3-19 15:05
PID就是中間有大的時間延遲環(huán)節(jié)的控制方法，從發(fā)出命令到實際執(zhí)行有很長時間的不響應(yīng)，其目的就是為了防 ...

某些執(zhí)行有慣量存在，一下子調(diào)整過頭是很正常的。
而如果一味的延遲，又似乎達不到快速控制的目的。
所以，調(diào)節(jié)量在目標值附近往返拉鋸、飄忽不定，也算是正常的。
記得做過一款U段射頻產(chǎn)品，是PLL+VCO方式，PLL輸出就是一個類似三角波疊加一個直流成分的波形。當然，這個三角波有幅度很小。

ID:961114 · 發(fā)表于 2024-3-19 16:55

四軸飛控里都有PID的應(yīng)用

四軸飛控-STC32G12K128-LQFP48.zip (219.1 KB, 下載次數(shù): 26)

ID:517951 · 發(fā)表于 2024-3-20 07:40

PID 在車輛行駛中的應(yīng)用: 定速巡航功能, 當車行駛途中有上坡時候, 單片機自動加油門; 下坡時候, 單片機自動減油門, 這樣時鐘保持速度恒定. 80km時速設(shè)定100km時速, 單片機會自動加油門加速到100km的時速后,維持100km速度保持恒速.

ID:420836 · 發(fā)表于 2024-3-20 08:24

這個論壇里有很多PID控制的例子。可以搜索一些最好的并從中學(xué)習(xí)。

ID:458247 · 發(fā)表于 2024-3-20 08:41

rayin 發(fā)表于 2024-3-20 07:40
PID 在車輛行駛中的應(yīng)用: 定速巡航功能, 當車行駛途中有上坡時候, 單片機自動加油門; 下坡時候, 單片機自動 ...

自適應(yīng)巡航不是用的pid，是另一種算法；定速巡航不太清楚

ID:401564 · 發(fā)表于 2024-3-20 12:48

首先,你要把PID里的微積分之類的排除,雖然它是這么叫的,但它本質(zhì)上只有加法和簡潔,除法
以溫度為例子
P就是比例,假設(shè)你設(shè)定的P為10,設(shè)定溫度為100度,當前溫度為50
那么,這個時候,P項的輸出為: (100 - 50) * 10 = 500,這個500可能換算成PWM的占空比,或者是加熱功率,這其中的換算過程,可以認為是在調(diào)試PID的過程
I就是積分項,就是把誤差不斷的累加,累加的結(jié)果可能是正數(shù),也可能是負數(shù),再*I,加上P項,就是一個PI輸出的結(jié)果了
這就是PI控制,這里面沒有說到D項,因為PI控制能解決大多的問題,一旦你理解了PI控制,自然就能理解PID控制了

ID:1110945 · 發(fā)表于 2024-3-20 13:32

以前在網(wǎng)上抄的一段，記不清在哪兒抄的了。

pid算法詳細介紹
　　一、PID算法簡介
　　在智能車競賽中，要想讓智能車根據(jù)賽道的不斷變化靈活的行進，PID算法的采用很有意義。
　　首先必須明確PID算法是基于反饋的。一般情況下，這個反饋就是速度傳感器返回給單片機當前電機的轉(zhuǎn)速。簡單的說，就是用這個反饋跟預(yù)設(shè)值進行比較，如果轉(zhuǎn)速偏大，就減小電機兩端的電壓；相反，則增加電機兩端的電壓。
　　顧名思義，P指是比例（Proportion），I指是積分（Integral），D指微分（Differential）。在電機調(diào)速系統(tǒng)中，輸入信號為正，要求電機正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。要想搞懂PID算法的原理，首先必須先明白P，I，D各自的含義及控制規(guī)律：
　　比例P：比例項部分其實就是對預(yù)設(shè)值和反饋值差值的發(fā)大倍數(shù)。舉個例子，假如原來電機兩端的電壓為U0，比例P為0.2，輸入值是800，而反饋值是1000，那么輸出到電機兩端的電壓應(yīng)變?yōu)閁0+0.2*（800-1000）。從而達到了調(diào)節(jié)速度的目的。顯然比例P越大時，電機轉(zhuǎn)速回歸到輸入值的速度將更快，及調(diào)節(jié)靈敏度就越高。從而，加大P值，可以減少從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時間。但是同時也可能造成電機轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)值附近振蕩的情形，所以又引入積分I解決此問題。
　　積分I：顧名思義，積分項部分其實就是對預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時間上進行累加。當差值不是很大時，為了不引起振蕩。可以先讓電機按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運行。當時要將這個差值用積分項累加。當這個和累加到一定值時，再一次性進行處理。從而避免了振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。可見，積分項的調(diào)節(jié)存在明顯的滯后。而且I值越大，滯后效果越明顯。
　　微分D：微分項部分其實就是求電機轉(zhuǎn)速的變化率。也就是前后兩次差值的差而已。也就是說，微分項是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作。可見微分項的調(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大，超前作用越明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。
　　由各個參數(shù)的控制規(guī)律可知，比例P使反應(yīng)變快，微分D使反應(yīng)提前，積分I使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi)，P，D值越大，調(diào)節(jié)的效果越好。
　　二、PID調(diào)試一般原則
　　a. 在輸出不振蕩時，增大比例增益P。
　　b. 在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。
　　c. 輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。
　　三、pid算法參數(shù)調(diào)整一般步驟
　　a.確定比例增益P
　　確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0，PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。
　　b.確定積分時間常數(shù)Ti
　　比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。
　　c.確定積分時間常數(shù)Td
　　積分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。
　　d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進行微調(diào)，直至滿足要求
　　找三個以上PID算法應(yīng)用實例，結(jié)合實例明確參數(shù)調(diào)試的方法以及參數(shù)的意義，同時給小組成員做介紹
　　四、pid算法應(yīng)用環(huán)境
　　當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定；（由于賽道的參數(shù)事先未知，所以只能根據(jù)實時采集到的賽道數(shù)據(jù)控制小車沿著賽道行進）。
　　五、PID算法原理
　　在工業(yè)應(yīng)用中PID及其衍生算法是應(yīng)用最廣泛的算法之一，是當之無愧的萬能算法，如果能夠熟練掌握PID算法的設(shè)計與實現(xiàn)過程，對于一般的研發(fā)人員來講，應(yīng)該是足夠應(yīng)對一般研發(fā)問題了，而難能可貴的是，在我所接觸的控制算法當中，PID控制算法又是最簡單，最能體現(xiàn)反饋思想的控制算法，可謂經(jīng)典中的經(jīng)典。經(jīng)典的未必是復(fù)雜的，經(jīng)典的東西常常是簡單的，而且是最簡單的，想想牛頓的力學(xué)三大定律吧，想想愛因斯坦的質(zhì)能方程吧，何等的簡單！簡單的不是原始的，簡單的也不是落后的，簡單到了美的程度。先看看PID算法的一般形式：
　　PID的流程簡單到了不能再簡單的程度，通過誤差信號控制被控量，而控制器本身就是比例、積分、微分三個環(huán)節(jié)的加和。這里我們規(guī)定（在t時刻）：
　　1.輸入量為rin（t）;
　　2.輸出量為rout（t）;
　　3.偏差量為err（t）=rin（t）-rout（t）;
　　pid的控制規(guī)律為
　　理解一下這個公式，主要從下面幾個問題著手，為了便于理解，把控制環(huán)境具體一下：
　　1.規(guī)定這個流程是用來為直流電機調(diào)速的;
　　2.輸入量rin（t）為電機轉(zhuǎn)速預(yù)定值;
　　3.輸出量rout（t）為電機轉(zhuǎn)速實際值
　　4.執(zhí)行器為直流電機;
　　5.傳感器為光電碼盤，假設(shè)碼盤為10線;
　　6.直流電機采用PWM調(diào)速轉(zhuǎn)速用單位轉(zhuǎn)/min表示;不難看出以下結(jié)論：
　　1.輸入量rin（t）為電機轉(zhuǎn)速預(yù)定值（轉(zhuǎn)/min）;2.輸出量rout（t）為電機轉(zhuǎn)速實際值（轉(zhuǎn)/min）;3.偏差量為預(yù)定值和實際值之差（轉(zhuǎn)/min）
　　六、PID算法應(yīng)用——線性控制原理
　　PID控制的三要素：控制器，被控對象，反饋器。控制器就是一個數(shù)學(xué)模型，就PID來說，等同于PID算法。是對反饋量的一個處理與輸出。通俗的說就是對于每個被控的量，我的輸出量通過什么函數(shù)式算出，或者說，我如何描述我的輸出量。現(xiàn)在我給定一個描述性的傳遞函數(shù)。從數(shù)學(xué)角度來看：它的自變量是反饋值，當這個函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系確定了之后，輸出量就是個定值了。我的希望是：這個描述函數(shù)是一個透明的空箱——它既能反映系統(tǒng)外部特性，又可以看到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
　　就拿比賽來說：假設(shè)我現(xiàn)在要構(gòu)建這樣一個閉環(huán)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)建立了一個描述函數(shù)，最根本的在于：
　　1 這個系統(tǒng)的動態(tài)性從根本上講取決于哪些因素；2這些因素如何決定系統(tǒng)的性能；
　　數(shù)學(xué)模型的描述：1 描述函數(shù)-》微分方程。描述函數(shù)的自變量與因變量滿足微分方程。（瞬間變化的關(guān)系式）
　　2 將微分方程做一個處理，得出其特征方程，這個特征方程稱作描述函數(shù)的極點。
　　ps：下面簡述一下極點和零點。對描述函數(shù)做拉普拉斯變換，將描述函數(shù)變換成一個與它本身相關(guān)的函數(shù)，并找出其通解和特解，通解是這個函數(shù)的開環(huán)特征，用來描述輸出與輸入的關(guān)系，零點是調(diào)節(jié)變量，用于閉環(huán)中對系統(tǒng)反饋參數(shù)的調(diào)節(jié)。（對函數(shù)做拉普拉斯變換事實上是針對描述大多函數(shù)是常微分方程的一種現(xiàn)象）
　　我們有必要對這個描述函數(shù)的解進行研究，盡管在線性控制原理中并不關(guān)注并不要求去了解他，但是對于這個常微分方程的極點形式的了解有助于我們認識這個描述函數(shù)的物理意義。這是高數(shù)的知識，就不再累述。通過求解，可以看到極點其實就是這個經(jīng)過拉普拉斯變換的描述函數(shù)的一次項的系數(shù)，零點是反饋量的相關(guān)函數(shù)的系數(shù)。也就是說，極點一旦確定，這個函數(shù)也就確定了，對于每一個輸入函數(shù)，賦予零點變換，再進過極點變換，最后生成輸出量。
　　把我們現(xiàn)在得到的結(jié)論聯(lián)系一下：對于一個閉環(huán)的系統(tǒng)我們通過對控制器一些參數(shù)的理論求解，或者說調(diào)試求解，最終改變輸出變量，從而使這個系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定。也就是說，在控制器內(nèi)，存儲了有關(guān)于反饋值某種預(yù)期的實現(xiàn)方法，這些方法用一些固定的參數(shù)來描述，然后輸出變量改變系統(tǒng)的狀態(tài)。我的任務(wù)是調(diào)試這些具有物理意義的參數(shù)。
　　下面是一個簡單的PID程序設(shè)計：
　　double kp，ki，kd;
　　double resultfunc（void）
　　　　{
　　　　double error;
　　　　double diff;
　　　　double lasterror = 0;
　　　　error = target - input;
　　　　sumerror += error;
　　　　diff = error - lasterror;
　　　　lasterror = error;
　　　　output = kp * error + ki * sumerror + kd * diff;
　　　　return output;
　　　　}
　　你會發(fā)現(xiàn)其實想象中的PID要比現(xiàn)實中的PID復(fù)雜很多，這是理所當然的，因為經(jīng)過PID數(shù)學(xué)計算之后，帶入的公式只是一個近似量。但是這可不是隨便瞎設(shè)的一個值，最重要的是，你需要數(shù)學(xué)計算。
　　不得不說一下，對于一個完全的門外漢來說，PID是一個十分高神的名詞，很多人一上手就接觸PID，結(jié)果連輸出輸入的到底是什么都搞不明白，其實不妨接觸一下線性控制的理論，這對于你的視野和思路有及其清晰的指導(dǎo)。
　　參數(shù)整定尋最佳，從小到大順序查；
　　先是比例后積分，最后才把微分加；
　　曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大；
　　曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳；
　　曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降；
　　曲線波動周期長，積分時間再加長；
　　曲線振蕩變很快，先把微分降下來；
　　動差大來波動慢，微分時間要加長；
　　聯(lián)想曲線兩個波，前高后低4比1；
　　一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低。

ID:883242 · 發(fā)表于 2024-3-20 17:17

樓上幾位從網(wǎng)上抄資料的都不知道PID算法本身非常簡單，但是找出P、I、D三個參數(shù)的值，才是最難的。

ID:1034262 · 發(fā)表于 2024-3-20 22:40

其實很簡單。
error = SetPosition - position; // 計算誤差
Integral += error; // 計算誤差積分
pidTerm = error * pGain + Integral * iGain - (position - PrePosition) * dGain; // 計算輸出
PrePosition = position; // 保存當前位置

ID:1113684 · 發(fā)表于 2024-3-21 13:43

PID控制，全稱比例-積分-微分控制，是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)和需要連續(xù)調(diào)制控制的其他各種應(yīng)用中的控制回路反饋機制。它的基本原理是根據(jù)被控對象的當前狀態(tài)與設(shè)定值之間的差異來調(diào)整輸出信號，使得差異趨近于零。PID控制器根據(jù)比例（P）、積分（I）、微分（D）三個部分的權(quán)重組合來計算輸出信號，從而實現(xiàn)對被控對象的精確控制。

比例（P）控制：根據(jù)當前誤差的大小來調(diào)整控制器的輸出。當誤差較大時，輸出信號也較大，從而加快被控對象的響應(yīng)速度。比例控制可以使系統(tǒng)快速接近設(shè)定值，但可能會引起超調(diào)和震蕩。
積分（I）控制：根據(jù)誤差隨時間累積的量來調(diào)整控制器的輸出。它能夠消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，確保系統(tǒng)最終穩(wěn)定在設(shè)定值附近。
微分（D）控制：根據(jù)誤差變化的速率來調(diào)整控制器的輸出。它能夠預(yù)測系統(tǒng)未來的狀態(tài)變化趨勢，從而減小超調(diào)和提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分控制的引入可以抑制系統(tǒng)的震蕩，但同時也會增加系統(tǒng)對噪聲的敏感性。
PID控制器能夠自動對控制功能進行精確和及時的校正。例如，在汽車的巡航控制中，PID算法可以通過調(diào)整發(fā)動機的功率輸出，以最小的延遲和過沖將測量的速度恢復(fù)到期望值。

總的來說，PID控制通過結(jié)合比例、積分和微分控制的特點，實現(xiàn)對被控對象的快速、準確和平穩(wěn)的控制，廣泛應(yīng)用于機電、冶金、機械、化工等行業(yè)。
#include <stdio.h>

// 定義PID控制器結(jié)構(gòu)體
typedef struct {
double setpoint;    // 設(shè)定值
double kp;          // 比例系數(shù)
double ki;          // 積分系數(shù)
double kd;          // 微分系數(shù)
double last_error; // 上一次誤差
double integral;    // 誤差積分
} PID_Controller;

// PID控制函數(shù)
double PID_Control(PID_Controller *pid, double feedback) {
double error = pid->setpoint - feedback;    // 計算誤差
double derivative = error - pid->last_error; // 計算誤差的微分
pid->integral += error;                      // 累計誤差的積分
double output = pid->kp * error + pid->ki * pid->integral + pid->kd * derivative; // 計算輸出
pid->last_error = error;                      // 更新上一次誤差
return output;
}

int main() {
PID_Controller pid;
pid.setpoint = 1.0;       // 設(shè)定值為1.0
pid.kp = 0.5;             // 比例系數(shù)
pid.ki = 0.1;             // 積分系數(shù)
pid.kd = 0.01;             // 微分系數(shù)
pid.last_error = 0.0;
pid.integral = 0.0;

double feedback = 0.2;    // 初始反饋值
double output;

// 進行PID控制
for (int i = 0; i < 10; i++) {
      output = PID_Control(&pid, feedback);
      printf("Step %d: Output = %f, Feedback = %f\n", i, output, feedback);
      // 模擬系統(tǒng)響應(yīng)，這里簡單地假設(shè)系統(tǒng)響應(yīng)是輸出值的線性關(guān)系
      feedback += output * 0.1;
}

return 0;
}

ID:883242 · 發(fā)表于 2024-3-21 16:50

wdsoe 發(fā)表于 2024-3-21 13:43
PID控制，全稱比例-積分-微分控制，是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)和需要連續(xù)調(diào)制控制的其他各種應(yīng)用中的控 ...

還是沒弄清楚P、I、D三個參數(shù)是怎么編出來的。

ID:891876 · 發(fā)表于 2024-3-21 20:19

曉得個大概了，但還沒弄清楚原由，=不知道

ID:675030 · 發(fā)表于 2024-3-22 11:46

加油初步理解有幫助:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-86786-1.html

ID:401564 · 發(fā)表于 2024-3-22 12:54

芙蓉焊料發(fā)表于 2024-3-21 20:19
曉得個大概了，但還沒弄清楚原由，=不知道

不要去看網(wǎng)上那些帶一堆微積分公式的教程,那大多是抄人的,可能講解者自己都不知道什么叫PID
P就是比例控制,過大或者過小都不行
I就是誤差累加,這個累加是在程序運行時候一直進行的
PI的參數(shù)調(diào)節(jié)是一個工作量很大的過程,多調(diào)節(jié)幾次就能明白原理了

ID:883242 · 發(fā)表于 2024-3-22 15:30

Y_G_G 發(fā)表于 2024-3-22 12:54
不要去看網(wǎng)上那些帶一堆微積分公式的教程,那大多是抄人的,可能講解者自己都不知道什么叫PID
P就是比例控 ...

搜Ziegler-Nichols method，要求不是太高可以一次試出來。

ID:1055047 · 發(fā)表于 2024-3-26 12:48

在比例、積分和微分的線性組合，構(gòu)成控制量u(t)，稱為：比例(Proportional)、積分(Integrating)和微分(Differentiation)控制，簡稱PID控制。比例作用P只與偏差成正比，積分作用I是偏差對時間的累積，而微分作用D是偏差的變化率。用一句形象的比喻，比例P代表著現(xiàn)在，積分I代表著過去，而微分D則代表著未來。

ID:993578 · 發(fā)表于 2024-3-26 17:05

PID控制是一種常見的反饋控制算法，它通過比例（Proportional）、積分（Integral）、微分（Derivative）三個環(huán)節(jié)來調(diào)整控制器輸出，以便讓系統(tǒng)輸出盡可能接近期望值。簡單來說，PID控制就是一個調(diào)節(jié)過程，它可以根據(jù)當前值與目標值之間的差異（偏差），動態(tài)地調(diào)整輸出，以達到控制目標。

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