pid是什么意思(pid控制是什么)

作者:一鸣叫兽 来源:中媒快讯 3年前 阅读: 赞:

导读:



在工程现实中,运用最为普遍的调治器掌握规律为比例、积分、微分掌握,简称PID掌握,又称PID调治。它以其构造简朴、稳固性好、事变牢靠、调解轻易而成为产业掌握的主要手艺之一。

算法是不能够吃的。

PID已有107年的汗青了。

它并不是什么很崇高的东西,人人一建都见过PID的现实运用。

比方四轴飞行器,再比方均衡小车......另有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度掌握器....

就是类似于这类:须要将某一个物理量“保持稳固”的场所(比方保持均衡,稳固温度、转速等),PID都邑派上大用场。

那末题目来了:

比方,我想掌握一个“热得快”,让一锅水的温度保持在50℃

这么简朴的使命,为啥要用到微积分的理论呢。

你肯定在想:

这不是so easy嘛~ 小于50度就让它加热,大于50度就断电,不就行了?几行代码用Arduino分分钟写出来。

没错~在请求不高的状况下,确切能够这么干~ But!如果换一种说法,你就晓得题目出在那里了:

如果我的掌握对象是一辆汽车呢?

如果愿望汽车的车速保持在50km/h不动,你还敢如许干么。

设想一下,如果汽车的定速巡航电脑在某一时候测到车速是45km/h。它马上敕令发动机:加快!

结果,发动机那里倏忽来了个100%全油门,嗡的一下,汽车急加快到了60km/h。

这时候电脑又发出敕令:刹车!

结果,吱...............哇............(搭客吐)

所以,在大多数场所中,用“开关量”来掌握一个物理量,就显得比较简朴粗犷了。有时候,是没法保持稳固的。由于单片机、传感器不是无穷快的,收集、掌握须要时候。

而且,掌握对象具有惯性。比方你将一个加热器拔掉,它的“余热”(即热惯性)能够还会使水温继承升高一小会。

这时候,就须要一种『算法』:

它能够将须要掌握的物理量带到目的四周
它能够“预感”这个量的变化趋向
它也能够消弭由于散热、阻力等要素形成的静态误差
....
因而,当时的数学家们发清楚明了这一历久不衰的算法——这就是PID。

你应当已晓得了,P,I,D是三种差别的调治作用,既能够零丁运用(P,I,D),也能够两个两个用(PI,PD),也能够三个一升引(PID)。

这三种作用有什么区别呢?客长别急,听我逐步道来



我们先只说PID掌握器的三个最基本的参数:kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意义。它的作用最显著,道理也最简朴。我们先说这个:

须要掌握的量,比方水温,有它如今的『当前值』,也有我们希冀的『目的值』。

当二者差异不大时,就让加热器“悄悄地”加热一下。
如果由于某些缘由,温度降低了许多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。
如果当前温度比目的温度低很多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温抵达目的四周。
这就是P的作用,跟开关掌握要领比拟,是否是“文质彬彬”了许多。

现实写程序时,就让误差(目的减去当前)与调治装配的“调治力度”,竖立一个一次函数的关联,就能够完成最基本的“比例”掌握了~

kP越大,调治作用越激进,kP调小会让调治作用更保守。

如果你正在制造一个均衡车,有了P的作用,你会发明,均衡车在均衡角度四周往返“狂抖”,比较难稳住。

如果已到了这一步——祝贺你!离胜利只差一小步了~

kD

D的作用更好明白一些,所以先说说D,末了说I。

适才我们有了P的作用。你不难发明,只需P彷佛不能让均衡车站起来,水温也掌握得晃晃悠悠,彷佛全部体系不是迥殊稳固,总是在“发抖”。

 

 

你内心设想一个弹簧:如今在均衡位置上。拉它一下,然后放手。这时候它会震动起来。由于阻力很小,它能够会震动很长时候,才会从新停在均衡位置。

请设想一下:如果把上图所示的体系浸没在水里,一样拉它一下 :这类状况下,从新停在均衡位置的时候就短很多。

我们须要一个掌握作用,让被掌握的物理量的“变化速率”趋于0,即类似于“阻尼”的作用。

由于,当比较靠近目的时,P的掌握作用就比较小了。越靠近目的,P的作用越温顺。有许多内涵的或许外部的要素,使掌握量发作小范围的摆动。

D的作用就是让物理量的速率趋于0,只需什么时候,这个量具有了速率,D就向相反的方向用力,全力刹住这个变化。

kD参数越大,向速率相反方向刹车的力道就越强。

如果是均衡小车,加上P和D两种掌握作用,如果参数调治适宜,它应当能够站起来了~喝彩吧。

等等,PID三兄弟好想另有一名。看起来PD就能够让物理量保持稳固,那还要I干吗?

由于我们无视了一种主要的状况:

kI

还是以热水为例。如果有个人把我们的加热装配带到了异常冷的处所,最先烧水了。须要烧到50℃。

在P的作用下,水温逐步升高。直到升高到45℃时,他发明了一个不好的事变:天色太冷,水散热的速率,和P掌握的加热的速率相称了。

这可怎样办?

P兄如许想:我和目的已很近了,只须要悄悄加热就能够了。
D兄如许想:加热和散热相称,温度没有波动,我彷佛不必调解什么。
因而,水温永远地停留在45℃,永远到不了50℃。

作为一个人,依据基本知识,我们晓得,应当进一步增添加热的功率。然则增添若干该怎样盘算呢?

先辈科学家们想到的要领是真的奇妙。

设置一个积重量。只需误差存在,就不停地对误差举行积分(累加),并回响反映在调治力度上。

如许一来,纵然45℃和50℃相差不太大,然则跟着时候的推移,只需没到达目的温度,这个积重量就不停增添。体系就会逐步意想到:还没有抵达目的温度,该增添功率啦!

到了目的温度后,假定温度没有波动,积分值就不会再更改。这时候,加热功率依然即是散热功率。然则,温度是稳稳的50℃。

kI的值越大,积分时乘的系数就越大,积分结果越显著。

所以,I的作用就是,减小静态状况下的误差,让受控物理量尽量靠近目的值。

I在运用时另有个题目:须要设定积分限定。防备在刚最先加热时,就把积重量积得太大,难以掌握。

(二)再来看看PID究竟怎样调?

(PID参数调解口诀)

参数整定找最好,从小到大递次查

先是比例后积分,末了再把微分加

曲线振荡很频仍,比例度盘要放大

曲线漂泊绕大湾,比例度盘往小扳

曲线偏离复兴慢,积分时候往下落

曲线波动周期长,积分时候再加长

曲线振荡频次快,先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时候应加长

抱负曲线两个波,前高后低四比一

一看二调多剖析,调治质量不会低

若要回响反映增快,增大P减小I

若要回响反映减慢,减小P增大I

如果比例太大,会引起体系震动

如果积分太大,会引起体系愚钝


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END

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