PID参数理解

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

参考各个文章的总结：

概述

PID，就是“比例（proportional）、积分（integral）、微分（derivative）”，是一种很常见的控制算法。

P，I，D是三种不同的调节作用，既可以单独使用（P，I，D），也可以两个两个用（PI，PD），也可以三个一起用（PID）。

PID控制器的三个最基本的参数：kP,kI,kD。

KP

• 当两者差距不大时，就让加热器 “轻轻地” 加热一下。
• 要是因为某些原因，温度降低了很多，就让加热器 “稍稍用力” 加热一下。
• 要是当前温度比目标温度低得多，就让加热器 “开足马力” 加热，尽快让水温到达目标附近。

kI

无论P的值设为多少。也避免不了与目标存在稳态误差。

所以当加上（KI参数）相关的运算，就可以消除静态误差。
所以，I的作用就是，减小静态情况下的误差，让受控物理量尽可能接近目标值。

设置一个积分量。只要偏差存在，就不断地对偏差进行积分（累加），并反应在调节力度上。

kI的值越大，积分时乘的系数就越大，积分效果越明显。

最后能够精确到达目标。

KD

减小超调量带来的冲击，对其进行缓冲。

你心里设想一个弹簧：现在在平衡位置上。拉它一下，然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小，它可能会震荡很长时间，才会重新停在平衡位置。
请想象一下：要是把上图所示的系统浸没在水里，同样拉它一下 ：这种情况下，重新停在平衡位置的时间就短得多。

我们需要一个控制作用，让被控制的物理量的“变化速度”趋于0，即类似于“阻尼”的作用。

kD参数越大，向速度相反方向刹车的力道就越强。

位置式PID与增量式PID

数字 PID 控制算法通常分为位置式 PID 控制算法和增量式 PID 控制算法。

位置式 PID 算法 :

e(k): 用户设定的值（目标值） -  控制对象的当前的状态值 

比例P :    e(k)

积分I :   ∑e(i)     误差的累加

微分D :  e(k) - e(k-1)  这次误差-上次误差

也就是位置式PID是当前系统的实际位置，与你想要达到的预期位置的偏差，进行PID控制。

typedef struct PID
{ 
  float P,I,D,limit;
}PID;
 
typedef struct Error
{
  float Current_Error;//当前误差
  float Last_Error;//上一次误差
  float Previous_Error;//上上次误差
}Error;
 
/*! 
 *  @brief      位置式PID
 *  @since      v1.0
 *  *sptr ：误差参数
 *  *pid:  PID参数
 *  NowPlace：当前位置
 *  Point：   预期位置  
 */
 
// 位置式PID控制
float PID_Realize(Error *sptr,PID *pid, int32 NowPlace, float Point)
{
 
	int32 iError,	// 当前误差
		 Realize;   //实际输出	
 
	iError = Point - NowPlace;	// 计算当前误差
	sptr->Current_Error += pid->I * iError;	// 误差积分
      sptr->Current_Error = sptr->Current_Error > pid->limit?pid->limit:sptr->Current_Error;//积分限幅
      sptr->Current_Error = sptr->Current_Error <-pid->limit?-pid->limit:sptr->Current_Error;
	Realize = pid->P * iError       //比例P
            + sptr->Current_Error   //积分I
			+ pid->D * (iError - sptr->Last_Error);  //微分D
	sptr->Last_Error = iError;		  	// 更新上次误差
	return Realize;	// 返回实际值
}

增量式PID

比例P :    e(k)-e(k-1)   这次误差-上次误差

积分I :   e(i)     误差   

微分D :  e(k) - 2e(k-1)+e(k-2)   这次误差-2*上次误差+上上次误差

typedef struct PID
{ 
  float P,I,D,limit;
}PID;
typedef struct Error
{
  float Current_Error;//当前误差
  float Last_Error;//上一次误差
  float Previous_Error;//上上次误差
}Error;
 
/*! 
 *  @brief      增量式PID
 *  @since      v1.0
 *  *sptr ：误差参数
 *  *pid:  PID参数
 *  NowPlace：实际值
 *  Point：   期望值
 */
// 增量式PID电机控制
int32 PID_Increase(Error *sptr, PID *pid, int32 NowPlace, int32 Point)
{
 
	int32 iError,	//当前误差
		Increase;	//最后得出的实际增量
 
	iError = Point - NowPlace;	// 计算当前误差
 
	Increase =  pid->P * (iError - sptr->Last_Error)   //比例P
			  + pid->I * iError      //积分I
			  + pid->D * (iError - 2 * sptr->Last_Error + sptr->Previous_Error);  //微分D
	
	sptr->Previous_Error = sptr->Last_Error;	// 更新前次误差
	sptr->Last_Error = iError;		  	// 更新上次误差
	
	return Increase;	// 返回增量
}