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標題: PID經典形象解釋和例子 [打印本頁]

作者: TTCC 時間: 2017-7-29 08:47
標題: PID經典形象解釋和例子
PID形象解釋
小明接到這樣一個任務：
有一個水缸點漏水(而且漏水的速度還不一定固定不變)，
要求水面高度維持在某個位置，
一旦發現水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。
小明接到任務后就一直守在水缸旁邊，
時間長就覺得無聊，就跑到房里看小說了，
每30分鐘來檢查一次水面高度。水漏得太快，
每次小明來檢查時，水都快漏完了，離要求的高度相差很遠
，小明改為每3分鐘來檢查一次，結果每次來水都沒怎么漏
，不需要加水，來得太頻繁做的是無用功。幾次試驗后，
確定每10分鐘來檢查一次。這個檢查時間就稱為采樣周期。
開始小明用瓢加水，水龍頭離水缸有十幾米的距離，
經常要跑好幾趟才加夠水，于是小明又改為用桶加，
一加就是一桶，跑的次數少了，加水的速度也快了，
但好幾次將缸給加溢出了，不小心弄濕了幾次鞋，小明又動腦筋，
我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來，發現剛剛好，不用跑太多次，
也不會讓水溢出。這個加水工具的大小就稱為比例系數。
小明又發現水雖然不會加過量溢出了，有時會高過要求位置比較多
，還是有打濕鞋的危險。他又想了個辦法，在水缸上裝一個漏斗，
每次加水不直接倒進水缸，而是倒進漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問題解決了，
但加水的速度又慢了，有時還趕不上漏水的速度。
于是他試著變換不同大小口徑的漏斗來控制加水的速度
，最后終于找到了滿意的漏斗。漏斗的時間就稱為積分時間。
小明終于喘了一口，但任務的要求突然嚴了，
水位控制的及時性要求大大提高，一旦水位過低，
必須立即將水加到要求位置，而且不能高出太多，否則不給工錢。
小明又為難了！于是他又開努腦筋，終于讓它想到一個辦法，常放一盆備用水在旁邊，
一發現水位低了，不經過漏斗就是一盆水下去，這樣及時性是保證了，但水位有時會高多了。
他又在要求水面位置上面一點將水鑿一孔，再接一根管子到下面的備用桶里這樣多出的水會從上面的孔里漏出來。這個水漏出的快慢就稱為微分時間。
PID調節經驗總結
PID控制器參數選擇的方法很多，例如試湊法、臨界比例度法、擴充臨界比例度法等。但是，對于PID控制而言，參數的選擇始終是一件非常煩雜的工作，需要經過不斷的調整才能得到較為滿意的控制效果。依據經驗，一般PID參數確定的步驟如下[42]：
(1)    確定比例系數Kp
確定比例系數Kp時，首先去掉PID的積分項和微分項，可以令Ti=0、Td=0，使之成為
純比例調節。輸入設定為系統允許輸出最大值的60％～70％，比例系數Kp由0開始逐漸增大，直至系統出現振蕩；再反過來，從此時的比例系數Kp逐漸減小，直至系統振蕩消失。記錄此時的比例系數Kp，設定PID的比例系數Kp為當前值的60％～70％。
(2)    確定積分時間常數Ti
比例系數Kp確定之后，設定一個較大的積分時間常數Ti，然后逐漸減小Ti，直至系統出現振蕩，然后再反過來，逐漸增大Ti，直至系統振蕩消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數Ti為當前值的150％～180％。
(3)    確定微分時間常數Td
微分時間常數Td一般不用設定，為0即可，此時PID調節轉換為PI調節。如果需要設定，則與確定Kp的方法相同，取不振蕩時其值的30％。
(4)    系統空載、帶載聯調
對PID參數進行微調，直到滿足性能要求。

PID代碼

//定義變量
float Kp;                      //PI調節的比例常數
float Ti;                      //PI調節的積分常數
float T;                      //采樣周期
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;                //對u[k]四舍五入取整
signed int adjust;             //調節器輸出調整量

//變量初始化
Kp=4;
Ti=0。005;
T=0.001;
// Ki=KpT/Ti=0.8，微分系數Kd=KpTd/T=0.8,Td=0.0002,根據實驗調得的結果確定這些參數
ek=0;
ek1=0;
ek2=0;
uk=0;
uk1=0;
adjust=0;

int piadjust(float ek)  //PI調節算法
{
if( gabs(ek)<0.1 )
{
   adjust=0;
}
else
{
   uk=Kp*(ek-ek1)+Ki*ek;  //計算控制增量
   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;
}

補充內容(2012-7-17 09:07):
float gabs（float ek）
{
if (ek > 0) return ek; elsereturn -ek;
}

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