亚博智能论坛  
  
查看: 696|回复: 1

一起来学习PID 【转载】

  [复制链接]

该用户从未签到

0

主题

13

帖子

21

积分

新手上路

Rank: 1

积分
21
发表于 2017-6-23 15:55:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 nature 于 2017-6-23 15:57 编辑 * S  S% J/ `1 `1 `
1 c6 ^! P" ]+ a* s% }% F4 x( W& _
这个是我从各网站看到然后总结的,并结合自己的经验解说的。后面会结合2013大学生电子设计竞赛国赛中C题倒立摆进行讲述(持续更新)
; f9 A% O: a- W& C: F一、总体原则
; a: X% q2 a! ]& x6 t    PID调试一般原则
- U0 [" a. g; U' d& u! t6 w    a.在输出不振荡时,增大比例增益P。 ; j  {' P2 ]. ~) d. b' X+ v$ G
    b.在输出不振荡时,减小积分时间常数Ti。
8 k) x' `/ \# V6 z7 O    c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。
2 l, T' H5 c- _4 A, g9 C% H% F/ N. B% U二、各环节作用
# r9 f* m) F/ G9 }    [P]比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。反之,过小,更不上系统需求。
& x8 x! M( I, O    [I]积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。一般情况是将时间常数设置很小。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 7 A* h* h6 y; Y4 H  W" Q4 Y9 b! q
    [D]微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强 的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为 零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。: T# L' l) g7 x$ R* c1 L: C! w- n
三、细说[分为PID、PI、PD]+ \2 V/ n3 V) g1 O2 Q% Z
    1、确定比例增益P
- f" t- @+ W4 \2 c: b6 M    确定比例增益P 时,首先去掉PID的积分项和微分项,一般是令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明),使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。
* c% K* w. Q0 [. [     【解说】我们知道P是调节与预设值(即输入值)的偏差的作用的,因此P很大时,当反馈值很小时也会造成很大的波动,最终是震荡状态,这个可以试出来的,这时的P是Pmax。反之P太小时,根本不可能靠近预设值,当刚好能靠近预设值时,这时的P就是Pmin。一般取P = Pmax(*60~70%)。
9 F; U* M6 a* x0 H2 i    2、确定积分时间常数Ti
1 d  Z! E+ X7 c. Q: j( ]    比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大Ti,直至系统振荡消失。记录: d1 B+ j* @7 W9 }5 O9 \0 }
此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。积分时间常数Ti调试完成。  }- J8 S3 d5 t. K1 a
    【解说】- S6 t: X$ F' F9 ^) G( r
    3、确定积分时间常数Td积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。若要设定,与确定 P和Ti 的方法相同,取不振荡时的30%。 0 \2 Q3 r: o$ u0 w' j! R
    【解说】* t/ w4 T/ t  f: |- D- \  \8 V
    【PID算法演示小软件(绿色版)】( S# U8 P4 b5 X4 c3 \/ t. r
四、具体实践1 ]" \* w% |  ^. a
  1. unsigned long lastTime;
    . S$ ~% a0 A1 A
  2. double Input, Output, Setpoint;+ o2 J/ G9 O. D* n
  3. double etSum, lastErr;
      \3 X3 p9 ~/ S  U
  4. double kp, ki, kd;
    5 m/ M6 m+ L  @( _% X9 e; y5 |8 E
  5. //output = kp*et + ki*etSum + kd*det;
    0 m8 @$ T- x  l4 h0 g* G
  6. void PidFunction()
    * w1 [- D, o( j8 j
  7. {
    , }( a( @. L% V6 j9 i
  8. /*How long since we last calculated*/ ) o. v, n/ V: u# [* F
  9. unsigned long now = millis(); //得到当前时间2 S  R4 G; u7 x0 d: U3 S. M$ Q
  10. double timeChange = (double)(now - lastTime); //得到当前时间与上次时间之间的间隔
    9 w- q* M% k) {2 B" m- f
  11. /*Compute all the working error variables*/ //& g" H3 h) l, p* I: Q1 ]  I5 |' p# }
  12. double et = Setpoint - Input; //反馈值与输入值的差值 e(t) = 比例2 S6 Z! `* ^. [, J5 ]/ g8 z
  13. etSum += (et* timeChange); //差值*时间间隔乘积累加 = 积分 理论是零6 \  a( D  [7 K# r
  14. double dEt = (et - lastErr) / timeChange; //差值-上一次差值 = 微分
    * ]! T$ q+ p4 H" N0 K1 \5 l7 a1 @
  15. /*Compute PID Output*/ //  L0 Y0 i" ?0 Y  X4 K9 ^
  16. Output = kp * et + ki * etSum + kd * dEt; //输出 = 比例 + 积分 + 微分* ^4 ~( f6 ~+ p
  17. /*Remember some variables for next time*/
    - g- Q+ ]7 C. O2 t0 ?8 a4 f) Y# A
  18. lastErr = et; //下次循环: 当前比例成为过去比例
    4 ^0 u7 T* Z0 K0 [' u5 F
  19. lastTime = now; //下次循环: 当前时间成为过去时间- N4 Z* t" ?" t4 g
  20. }
    ' i) O- m% k5 h
  21. void ParaSet(double Kp, double Ki, double Kd) //设置比例、积分、微分的系数) b+ b' O" I" e
  22. {
    ( n7 G5 y! z+ c8 ?$ b& \
  23. kp = Kp;
    ; v( X! S/ b) L# O# X( @
  24. ki = Ki; . d+ L( R5 w/ Q
  25. kd = Kd;
    " v0 z2 b1 \3 T, \- c) }. p* c
  26. }
复制代码
2 V' q  `$ S: Z, c
上面的程序代码是整个PID控制的模板。具体的看你的系统需求。下面我讲讲倒立摆(还不知道倒立摆是什么的可以去网上了解下)的PID控制:
: }) ]/ p" R* u/ i2 z/ |" [! J【单个传感器实现倒立摆】/ ~$ A$ _1 S. a/ K
   角度传感器(精密电位器):我们知道一般的精密电位器就可以当作传感器来使用,电位器三个脚,其中一端接GND,一端接VCC,那么中间端作为电压输出,通过AD采样既可以获取摆转过的角度位置。自然在摆的最高点就有一个角度值。为了获得较好的控制周期,我们采用定时器中断的方式,即在定时器中断中进行采样和数据处理,并进行电机控制(放心,STM32运行速度足够了)。这里取定时器三毫米中断一次,注意,AD采样的时间一定要小于定时器中断时间,否则会出现时序错乱,可以在AD初始化中设定采样周期,或者在中断函数里面进行适当的处理,比如分三次采样取平均值(这个需要设定更小的中断时间,如一毫秒中断一次,我就是这样的做的)。定时器初始化和一些变量的定义我就没贴代码了,具体的代码如下:
  1. void TIM3_IRQHandler(void)
    ; r! i' o8 }1 Y+ ~
  2. { 6 U2 y7 {, b0 w  b& d) M
  3. static int timercount;
    6 X, T+ @! t% p% y
  4. 2 x: G2 i4 B( a% ]4 N' Q7 |
  5. if(TIM3->SR&0X0001){ //溢出中断6 |* d. ]8 e' c! i' s
  6. LED1 = ~LED1;
    . Y2 H4 j8 Z3 L- u; [( ~9 q
  7. timercount++;5 U, X) }; C! q9 I. U* F
  8. }
    * }4 D4 }; I9 v0 I
  9. TIM3->SR &= ~(1<<0); //清除中断标志位
    - P+ y2 K5 ^0 ^5 J- y7 K) M

  10. 1 \) S$ v3 `6 X5 |) R& Y1 [$ r
  11. if(timercount == 1){3 i5 ^0 V7 C& s0 h
  12. ang[0] = Get_Adc(ADC_CH1);7 j& w* K! I# V# a( }  f3 {0 n2 P& d
  13. }
    + z5 j- Q8 M& A: W- c+ u' ^
  14. if(timercount == 2){
    . u, ^, Z& j5 U. g% J6 S$ @
  15. ang[1] = Get_Adc(ADC_CH1);' c7 A! G  Y8 r$ S5 `7 Q$ l
  16. }/ i6 X) U$ f) ~7 b) R! j
  17. if(timercount == 3){/ S; p+ x( ~7 L. V$ C2 U3 N( z
  18. ////////////angle PID///////////
    % T6 D* g) S8 ]
  19. ang[2] = Get_Adc(ADC_CH1); //采集AD值
    + Y# M6 |$ k7 q. k+ W& v$ g% c  H6 ]; j
  20. angleLast = angle; //保存上一次的采样角度值4 {( C1 Y+ a+ v6 p' U" x
  21. angle = (ang[0]+ang[1]+ang[2])/3; //取三次采集的平均值 8 j* q: y! ^7 @
  22. degreeLast = degree; //保存上一次的计算角度值2 m" u/ D: ]8 S% h! F
  23. degree = calcAngle(angle); //获取新的计算角度值& ~  c  q) l- p

  24. 3 r/ g0 K' l+ B0 h2 @+ G0 v, }
  25. velocity = (angle - angleLast); //得到采样角速度差值(微分值)
    " N5 i5 r9 M' _6 z' I7 Q
  26. if(abs(angle-setPoint)<=4) //输入值与反馈值差的绝对值 < 4
    1 I) e. a: c/ [3 Q
  27. error_p = 0; //p = 0: S2 }; k) o5 a
  28. else
    ) Y. Z$ N3 n* k
  29. error_p = setPoint-angle; //p = 输入值与反馈值差3 u: B+ @  q, Z: a2 w
  30. error_d = velocity; //d = 微分值
    2 \! o, S5 b4 V5 s2 i7 W
  31. error_i = error_i + (error_p*timechange);8 L5 W/ m& m+ _. F" A

  32. ' U; u" K' X- z) |; u+ Z
  33. myspeed = - (kp*error_p + ki*error_i + kd*error_d);
    " ^) C' C/ d4 O' o/ F6 y9 [( X
  34. . K) O) a* H1 N7 Q. @. q
  35. setMotorSpeed(myspeed); //电机PID控制
    / d9 R$ U! O6 O" C1 l1 c

  36. & K0 n- F% K: D
  37. //printf(\"[%d %d %d %7d]\t\",angle,degree,myspeed,error_i);: x% V+ ^1 }* E8 q( [
  38. }: S6 k  u9 T5 `( s' Y8 O* c8 a0 M" T
  39. if(timercount == 3){* r+ N) V$ g6 v! A
  40. timercount = 0;
    9 f: \, m* E- H( t* K
  41. error_i = isOverFlow(error_i);5 i& O! M8 C8 o2 y) P0 ~% j" R
  42. }! f: z/ ?" A. S3 @- O; u
  43. }
复制代码

" l! r4 c  r4 k- N0 z; G+ ^电机速度控制代码:电机速度控制代码:
  1. void setMotorSpeed(long mySpeed); h% t4 r. a- C9 p4 z
  2. {% D  n- W8 X' O# i0 S8 @
  3.     long output = 0;" D% U4 C6 K$ c( ~9 S  R& p. i
  4.     mySpeed = constrain(mySpeed,-41665,41665);  //限制速度上下限
    & D5 r$ |( P) F! W  t7 W
  5.     if(mySpeed == 0)mySpeed = 1;                //保证速度不为零,也可以不用
    8 z5 _# A( c0 U0 l  U8 l) z
  6.     if(mySpeed>0){                               5 {& F# x$ S3 L3 e/ E
  7.         output = mySpeed*1.0;                   //这个具体的看系统进行调整放大  - n/ y# L! r  o7 z6 }! H+ J' G
  8.         //printf(\"R:%d\t\",output);, |3 I! v$ `( a; I: C
  9.         TurnLeft(output);
    / s* b0 T5 q  T, i. D: C
  10.     }
    5 i4 V% R/ N+ p5 F! ?
  11.     else{7 r9 {( b$ d  d
  12.         output = mySpeed*(-1.0);9 a, O4 B, j' M, \( y' b1 f* y/ B3 D
  13.         //printf(\"L:%d\t\",output);& V  k! N7 z8 M6 K% _2 d+ s
  14.         TurnRight(output);
    . U; r! I. k5 S. L4 W6 R- d8 P4 K& ^
  15.     }+ o# c: h% c# e5 ]
  16. }( G3 J3 ?+ H' X& v0 X5 `: W- }
复制代码
速度控制的话,我的速度值调节范围为0~5000,这个可以通过定时器来设定的。: Q7 q/ c1 _6 p) j% h+ X

2 J% |9 r" |' `! {# p+ E2 o【多个传感器实现倒立摆】: G  E! h- C4 s0 q. ~: N
PID算法演示软件.rar (194.03 KB, 下载次数: 2)
1 V3 q* K2 X6 K5 C

/ |" D  |% D. h& B- v7 N7 @5 x/ U3 C* [/ C& h

: {- {' d5 v7 j5 p" G& Y" T8 h
/ Q( ^9 ~5 ?+ ?

. H  ~2 j: \* s4 `+ d6 e5 R+ d* S7 `5 {, Q* M2 c
  w6 i: l8 A8 M5 _# S" t6 @
. {3 M4 G0 L$ T3 S4 z) b! A! x/ p

. w9 S7 c2 y. _% R0 X4 i8 P. z9 _0 ]* }: C6 e
/ s; [* E! \; r* J1 t/ }
- f( E( D: g: M/ z% U/ b
8 T5 P& K' c6 ^( y# t. g; r

) ]9 H  g7 b/ p: M
回复

使用道具 举报

该用户从未签到

0

主题

4

帖子

6

积分

新手上路

Rank: 1

积分
6
发表于 2017-10-29 20:50:15 | 显示全部楼层
good data for me
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表