kiwis66 发表于 2022-1-7 14:23

PID 控制算法初理解

PID 是一个闭环控制算法。
因此要实现PID算法,必须在硬件上具有闭环控制,就是得有反馈。
比如控制一个电机的转速,就得有一个测量转速的传感器,并将结果反馈到控制线路上。
以前对于闭环控制的一个最朴素的想法就只有 P 控制,将当前结果反馈回来,再与目标相减,为正的话,就减速,为负的话就加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。

PID 是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法。但并不是必须同时具备这三种算法,也可以是 PD,PI,甚至只有 P 算法控制。PID 算法的结构图如下图:



比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法各有作用:

比例,反应系统的基本(当前)偏差 e(t),系数大,可以加快调节,减小误差,但过大的比例使系统稳定性下降,甚至造成系统不稳定;

积分,反应系统的累计偏差,使系统消除稳态误差,提高误差度,因为有误差,积分调节就进行,直至无误差;

微分,反映系统偏差信号的变化率 e(t)-e(t-1),具有预见性,能预见偏差变化的趋势,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。但是微分对噪声干扰有放大作用,加强微分对系统抗干扰不利。

积分和微分都不能单独起作用,必须与比例控制配合。

控制器的 P,I,D 项选择
下面将常用的各种控制规律的控制特点简单归纳一下:

1、比例控制规律 P:采用 P 控制规律能较快地克服扰动的影响,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如:工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制;油泵房中间油罐油位控制等。

2、比例积分控制规律(PI):在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差,它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如:在主线窑头重油换向室中 F1401 到 F1419 号枪的重油流量控制系统;油泵房供油管流量控制系统;退火窑各区温度调节系统等。

3、比例微分控制规律(PD):微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果。因此,对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合,为了提高系统的稳定性,减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如:加热型温度控制、成分控制。需要说明一点,对于那些纯滞后较大的区域里,微分项是无能为力,而在测量信号有噪声或周期性振动的系统,则也不宜采用微分控制。如:大窑玻璃液位的控制。

4、例积分微分控制规律(PID):PID 控制规律是一种较理想的控制规律,它在比例的基础上引入积分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。

鉴于 D 规律的作用,我们还必须了解时间滞后的概念,时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括:测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡,如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器、变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对与测量滞后的,在工业上,大多的纯滞后是由于物料传输所致,如:大窑玻璃液位,在投料机动作到核子液位仪检测需

要很长的一段时间。

总之,控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取,决不是说 PID 控制规律在

任何情况下都具有较好的控制性能,不分场合都采用是不明智的。如果这样做,只会给其它

工作增加复杂性,并给参数整定带来困难。当采用 PID 控制器还达不到工艺要求,则需要

考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。

公式:


pid 算法源代码
float PID(float e,float kp,float ki,float kd)

{

static float e_s=0,sum=0;//e_s 用于保存上一次的误差值,用于计算微分项。Sum 用

于计算累加和,计算积分项。

float r;

sum+=e;//计算积分累加和

r=kp*e+ki*sum+kd*(e-e_s);//从左至右分别是比例项、积分项、微分项

e_s=e;//保存这一次的误差值用于下一次微分计算

return r;

}







caigang13 发表于 2022-1-7 18:29

PID调参数太痛苦

kiwis66 发表于 2022-1-8 10:22

还好吧,看趋势调整呗

kxsi 发表于 2022-2-6 16:43

是负反馈还是正反馈呢

qcliu 发表于 2022-2-6 16:47

实际参数和理论参数相差很大

wiba 发表于 2022-2-6 17:00

过程确实非常痛苦

drer 发表于 2022-2-6 17:10

这种算法的调节 经验非常重要

coshi 发表于 2022-2-6 17:20

这是一个极为经典的算法

kiwis66 发表于 2022-2-8 08:48

还好吧,就是经常会用到一点

tabmone 发表于 2022-2-13 09:29

控制点目前包含几种PID控制算法?

abotomson 发表于 2022-2-13 10:07

PID算法的参数怎么确定?

pmp 发表于 2022-2-13 17:15

单片机pid控制算法参数整定

htmlme 发表于 2022-2-13 17:24

使用pid算法可以实现精确控制吗

hilahope 发表于 2022-2-13 17:33

PID控制算法算是机器学习算法吗?

dzfansman 发表于 2022-2-13 17:42

分析常规PID控制算法与积分分离PID控制算法

everyrobin 发表于 2022-2-13 17:51

如何把PID算法应用在功率调节

yeates333 发表于 2022-2-13 17:59

如何把PID算法应用在功率调节

mattlincoln 发表于 2022-2-13 18:09

比PID更先进的控制算法有哪些?

juliestephen 发表于 2022-2-13 18:18

求个温度控制的PID算法的C语言程序

ulystronglll 发表于 2022-2-13 18:27

普通PID控制性能指标不好时,如何改善PID算法?
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