PID算法详解

2019-07-16 15:55发布

       几乎没有一种控制算法比​PID​调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自​PID​。甚至可以这样说:​PID​调节器是其它控制调节算法的MOM。

       PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数,可实现在系统稳定的前提下,兼顾系统的带载能力和抗扰能力,同时,在PID调节器中引入积分项,系统增加了一个零积点,使之成为一阶或一阶以上的系统,这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。由于自动控制系统被控对象的千差万别,PID的参数也必须随之变化,以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦,特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤:

1.负反馈

       自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线,确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统,输入信号为正,要求电机正转时,反馈信号也为正(PID算法时,误差=输入-反馈),同时电机转速越高,反馈信号越大。其余系统同此方法。

2.PID调试一般原则

a.在输出不振荡时,增大比例增益P。

b.在输出不振荡时,减小积分时间常数ti

c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。

3.一般步骤

a.确定比例增益P

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。

b.确定积分时间常数Ti

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。

c.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%。

d.系统空载、带载联调,再对PID参数进行微调,直至满足要求。

PID调节经验总结

PID控制器参数选择的方法很多,例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是,对于PID控制而言,参数的选择始终是一件非常烦杂的工作,需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验,一般PID参数确定的步骤如下[42]:

(1)确定比例系数Kp

确定比例系数Kp时,首先去掉PID的积分项和微分项,可以令Ti=0、Td=0,使之成为

纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60%~70%,比例系数Kp由0开始逐渐增大,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例系数Kp逐渐减小,直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp,设定PID的比例系数Kp为当前值的60%~70%。

(2)确定积分时间常数Ti

比例系数Kp确定之后,设定一个较大的积分时间常数Ti,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,然后再反过来,逐渐增大Ti,直至系统振荡消失。记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。

(3)确定微分时间常数Td

微分时间常数Td一般不用设定,为0即可,此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定,则与确定Kp的方法相同,取不振荡时其值的30%。

(4)系统空载、带载联调

对PID参数进行微调,直到满足性能要求。



PID代码



//定义变量

float Kp;                       //PI调节的比例常数

float Ti;                       //PI调节的积分常数

float T;                        //采样周期

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;                 //对u[k]四舍五入取整

signed int adjust;              //调节器输出调整量



//变量初始化

    Kp=4;

    Ti=0。005;

    T=0.001;

// Ki=KpT/Ti=0.8,微分系数Kd=KpTd/T=0.8,Td=0.0002,根据实验调得的结果确定这些参数

    ek=0;

    ek1=0;

    ek2=0;

    uk=0;

    uk1=0;

    adjust=0;



int piadjust(float ek)  //PI调节算法

{

    if( gabs(ek)<0.1 )

    {

       adjust=0;

    }

    else

    {     

       uk=Kp*(ek-ek1)+Ki*ek;  //计算控制增量

       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;

}



下面是在AD中断程序中调用的代码。

       。。。。。。。。。。。

       else //退出软启动后,PID调节,20ms调节一次

           {

              EvaRegs.CMPR3=EvaRegs.CMPR3+piadjust(ek);//误差较小PID调节稳住

              if(EvaRegs.CMPR3>=890)

              {

                 EvaRegs.CMPR3=890; //限制PWM占空比

              }        

           }


后续将会有PID举列程序,请大家敬请期待!




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