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標(biāo)題: 交流剛學(xué)PID的一點(diǎn)想法 [打印本頁(yè)]

作者: 天涯奇人 時(shí)間: 2013-3-6 21:32
標(biāo)題: 交流剛學(xué)PID的一點(diǎn)想法
這幾天稍微看了一點(diǎn)點(diǎn)的PID，今天有了小小頭緒，于是，就想把自己的想法寫(xiě)出來(lái)，歡迎拍磚。

   最開(kāi)始的時(shí)候，是先了解什么是PID。PID實(shí)指“比例proportional”、“積分integral”、“微分derivative”，如果我們要求被控制的對(duì)象最終趨于一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)果，一般就可以使用PID算法。假設(shè)說(shuō)，有一輛速度為1m/s的小車(chē)，我們要求他的速度改變?yōu)?m/s，要完成這樣的一件事，我們必須要有，1.小車(chē)驅(qū)動(dòng)裝置（用程序控制它輸出多大的電壓，電壓決定驅(qū)動(dòng)的馬力），2.被驅(qū)動(dòng)器控制的部分（即小車(chē)），3.檢測(cè)當(dāng)前速度的裝置（當(dāng)前速度與目標(biāo)速度的差稱(chēng)為誤差）。本來(lái)，我們可以給小車(chē)一個(gè)驅(qū)動(dòng)力讓小車(chē)加速，直到檢測(cè)到小車(chē)速度達(dá)到5m/s，撤去驅(qū)動(dòng)力。然而，這樣做會(huì)帶來(lái)幾個(gè)問(wèn)題。1，當(dāng)小車(chē)速度達(dá)到5m/s時(shí)，從裝置檢測(cè)到這個(gè)速度，通知控制器，讓控制器改變輸出的電壓，這一個(gè)過(guò)程需要耗費(fèi)一定時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間里面，小車(chē)速度可能增加了不少。2，撤去驅(qū)動(dòng)力后，外界條件如摩擦?xí)屝≤?chē)速度進(jìn)一步改變。PID算法可以在一定誤差內(nèi)解決這些問(wèn)題。
　　使用PID算法時(shí)，大致是這樣的。每一個(gè)采樣周期，通過(guò)速度檢測(cè)裝置獲得當(dāng)前速度，傳入程序，通過(guò)程序計(jì)算得到電壓控制小車(chē)得到新速度。下一個(gè)采樣周期又把新速度傳入，獲得新電壓，再傳入速度，再獲得電壓，如此反復(fù)。
　　 PID算法的關(guān)鍵，是如何根據(jù)當(dāng)前得到的速度值，輸出一個(gè)“恰當(dāng)”的電壓，以致小車(chē)最終能夠趨于穩(wěn)定。
　    PID算法采用比例，積分，微分三種方法進(jìn)行控制。三種方法都有自己對(duì)應(yīng)的一個(gè)常量(pconst，iconst，dconst)。這三個(gè)變量都需要在實(shí)驗(yàn)中多次嘗試得出。
　　一般地，先把與算法相關(guān)的量放入一個(gè)結(jié)構(gòu)體，方便調(diào)用。
　　srtuct PID
　 {
　　　　double pconst, //比例控制常量
　　　　　　　 iconst,    //積分控制常量
　　　　　　　 dconst; //微分控制常量
　　　　double ErrorSum;    //誤差累計(jì)
　　　　double iMax,iMin;    //積分上下限
　　　　double Vnew;　       //當(dāng)前速度
      }；
　　比例：
　　　　Vnew = GetV();          //獲得當(dāng)前速度
　　　　error = aim - Vnew;    //誤差=目標(biāo)速度 - 當(dāng)前速度
　　　　pTerm = error*pconst;    //比例項(xiàng)的值就是誤差乘上比例常量
　　　　Motor（pTerm）; //讓電機(jī)根據(jù)得出的值工作
      有時(shí)候，我們?cè)龃蟊壤?shù)可以讓小車(chē)更快的到達(dá)目標(biāo)速度，但是過(guò)大的比例常數(shù)又容易產(chǎn)生過(guò)沖，即速度超過(guò)目標(biāo)速度5m/s，然后再減速，再加速，在減速。這樣，系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，然而，振蕩的結(jié)果不一定能趨于穩(wěn)定。

　　積分：
            Vnew = GetV();          //獲得當(dāng)前速度
　　　　ErrorSum += （aim - Vnew）;    //每一次的誤差累計(jì)起來(lái)
　　　　if(ErrorSum > iMax)ErrorSum = iMax;
　　　　else if(ErrorSum < iMin)ErrorSum = iMin;
　　　　iTerm = ErrorSum *iconst;    //誤差和乘上積分常量
　　　　Motor（iTerm）; //讓電機(jī)根據(jù)得出的值工作
　　一般我們都讓比例配合積分一起使用，即PI算法，類(lèi)似上面的程序，得出pTerm和iTerm，然后Motor(pTerm+iTerm)。PI控制一般會(huì)比純比例控制花費(fèi)更少時(shí)間使小車(chē)到達(dá)目標(biāo)值，但是我們必須避免積分飽和，通常的做法是像上面程序一樣設(shè)定iMax和iMin。它們和積分常量的大小相關(guān)。
　　
　　微分：
　　我們用比例控制或者PI控制，都不能保證任何系統(tǒng)一定能趨于穩(wěn)定。比例控制根據(jù)現(xiàn)在來(lái)控制。積分控制根據(jù)過(guò)去來(lái)控制。而微分能夠根據(jù)將來(lái)來(lái)控制，非常強(qiáng)大，能使被控設(shè)備更好地趨于穩(wěn)定。
　　　　Vnew = GetV();          //獲得當(dāng)前速度
　　　　dTerm = (Vnew - Vlast)*dconst;    //當(dāng)前速度 - 上次速度，再乘微分常數(shù)
　　　　Vlast = Vnew ;             //保留本次速度，下次當(dāng)成上次速度使用
　　　　Motor（dTerm）; //讓電機(jī)根據(jù)得出的值工作
　　同樣，微分控制也是與比例，積分一起使用，形成PID算法，Motor(pTerm+iTerm+dTerm)。
　　微分控制相當(dāng)強(qiáng)大，然而也很容易出問(wèn)題。具體調(diào)控和整定我想等到實(shí)際應(yīng)用時(shí)再學(xué)習(xí)。

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