推荐PID算法通俗讲解

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1、（完整word版）PID算法通俗讲解编辑整理:尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心,本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布 的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是 任然希望（完整word版）PID算法通俗讲解）的内容能够给您的工作和学习带 来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉,前 进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活 愉快业绩进步,以下为（完整word版）PID算法通俗讲解的全部内容。# include PID. iCurVal)(if (PIDo iSetVaI PID. iCurV

2、al 10) PIDo iPriVal = 100;速加热)e I se于实际值/*数值进行移位，注意顺序，否则会覆盖掉前面的数值*/PIDo IiEkVal 2 = PID. IiEkVal1；PIDo I i EkVa I 1二 PID. I iEkVal 0；PIDo IiEkVal0 = Temp0；/*if (PIDo I i EkVa I 0 PIDO I iEkVal 1 )/E (k) E (k1)否？Temp0 = PID. I iEkVal 0 PID. I iEkVal 1；/E (k) E(k1)PIDo uEkFlag0 = 0;/E(k)-E (k1)为正数e I

3、seTemp0 = PID. I iEkVal 1 PIDO I iEkVal 0:/E(k) Temp 2 ) /E (k2) +E(k) 2E (k1)否？Temp2 = (PID. I iEkVal 0 + PID。I iEkVal 2)- Temp2;PIDo uEkFlag2 =0；/E(k2) +E(k)-2E (k-1)为正数else/E(k2) +E (k) PID. iCurVal (即 E (K) 0)才 进入if的，那么就没可能为负，所以打个转回去就是了 */* =:计算 KD*E(k2)+E (k)-2E (k-1)的值=*/ if (PIDo uEkFlag 2二二0

4、)PostSum + 二 Temp 2 ；/正数和e I seNegSum += Temp 2 ；/负数和/ * =计算 U (k) = */PostSum += (ulnt32)PIDo iPr i VaI;if (PostSum NegSum)/是否控制量为正数Temp0 = PostSum - NegSum;if (TempO 0,才有必要减1uCounter+;if (100 = uCounter)PID_0peration () ;/每过 0.1*100S 调用一次 PID 运算.uCounter 二 0；/* * * * * * * 头夫* * /* 函数名称：PID.Output

5、O/*函数功能：PID輪岀控制/*入口参数：无(隐形输入，U (k)/夫出口参数：无(控制端)* * * * * * * 未 未 * * * */void TimerOlnit (void)TMOD|二 0x01；/设置定时器0工作在模式1下THOOxDC；TLO0x00；/赋初始值TRO1;/开定时器0EA 二1;/开总中断ETO =:1;/开定时器中断void main (void)TimerOInit ();whi le(1)(PID-Output ()；void TimerO一ISR (void) interrupt 1 static ulnt16 uiCounter 二 0；THO

6、= OxDC;TLO = 0x00；uiCounter+;if(100 二二 uiCounter)gbPIDRunFlag 二 1；总所周知，PID算法是个很经典的东西。而做自平衡小车,飞行器PID是一 个必须翻过的坎。因此本节我们来好好讲解一下PID,根据我在学习中的体 会,力求通俗易懂并举出PID的形象例子来帮助理解PID。一、首先介绍一下PID名字的由来：P： Proport io n （比例），就是输入偏差乘以一个常数。I : Integral （积分），就是对输入偏差进行积分运算。D： Derivative （微分），对输入偏差进行微分运算。注：输入偏差二读出的被控制对象的值-设定值

7、。比如说我要把温度控制在 26度，但是现在我从温度传感器上读出温度为28度.则这个26度就是”设 定值28度就是“读出的被控制对象的值”。然后来看一下，这三个元素 对PID算法的作用，了解一下即可，不懂不用勉强。P,打个比方，如果现在的输出是1,目标输出是100,那么P的作用是以最 快的速度达到100,把P理解为一个系数即可；而I呢？大家学过高数的,0 的积分才能是一个常数，I就是使误差为0而起调和作用；D呢？大家都知 道微分是求导数，导数代表切线是吧，切线的方向就是最快到至高点的方 向。这样理解，最快获得最优解，那么微分就是加快调节过程的作用了。二、然后要知道PID算法具体分两种：一种是位置

8、式的，一种是增量式的。 在小车里一般用增量式，为什么呢？位置式PID的输出与过去的所有状态 有关，计算时要对e （每一次的控制误差）进行累加，这个计算量非常大，而 明显没有必要。而且小车的PID控制器的输出并不是绝对数值，而是一个 ,代表增多少，减多少。换句话说，通过增量PID算法，每次输出是PWM 要增加多少或者减小多少，而不是PWM的实际值。所以明白增量式PID就 行了.三、接着讲PID参数的整定，也就是PID公式中，那几个常数系数Kp, Ti,Td等是怎么被确定下来然后带入PID算法中的。如果要运用PID,则 PID参数是必须由自己调出来适合自己的项目的通常四旋翼，自平衡车的 参数都是由

9、自己一个调节出来的，这是一个繁琐的过程。本次我们可以不 管，关于PID参数怎么确定的，网上有很多经验可以借鉴.比如那个经典的 经验试凑口诀：参数整定找最佳，从小到 大顺序查.先是比例后积分，最后再把微分加。曲线振荡很频繁，比例度盘要放大.曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳。间往下降。曲线偏离回复慢，积分时间再加长。曲线波动周期长，积分时降下来。曲线振荡频率快，先把微分间应加长。动差大来波动慢，微分时低四比一。理想曲线两个波，前咼后量不会低。一看二调多分析，调节质四、接下来我们用例子来辅助我们把常用的PID模型讲解了。(PID控制并 不一定要三者都出现，也可以只是PI、PD控制，关键决定于控制的对象

10、。)(下面的内容只是介绍一下PID模型，可以不看，对理解PID没什么用) 例子：我们要控制一个人，让他一 PID的控制方式来行走0步后停下来。1) P比例控制，就是让他按照一定的比例走，然后停下。比如比例系数为 108,则走一次就走了 108步，然后就不走了。说明：P比例控制是一种最简单的控制方式，控制器的输出与输入误差信号 成比例关系。但是仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。比如上面的只 能走到108,无论怎样都走不到门0。2) PI积分控制，就是按照一定的步伐走到112步然后回头接着走，走到 108步位置时,然后又回头向110步位置走。在门0位置处来回晃荡几次， 最后停在门0步的位置。说明

11、：在积分I控制中，控制器的输出与输入误 差信号的积分成正比关系对一个自动控制系统来说，如果在进入稳态后存 在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统为了消除 稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差的影响取决于 时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小,积分项 也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大，从而使稳态误差 进一步减小，直到等于0因此，比例+积分(PI)控制器可以使系统在进入 稳态后无稳态误差。3) PD微分控制，就是按照一定的步伐走到一百零几步后，再慢慢地走向 门0步的位置靠近，如果最后能精确停在门0步的位置，就是无静差控制；

12、如果停在0步附近（如109步或1门步位置），就是有静差控制. 说明：在微分控制D中,控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变 化率）成正比关系.自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失 稳，原因是存在较大惯性组件（环节）或滞后组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差作用的变化“超 前”,即在误差接近于零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在 控制器中仅引入“比例P”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的 幅值,而目前需要增加的是“微分项“，它能预测误差变化的趋势。这样，具 有比例+微分的控制器就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，

13、甚至为负 值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象, 比例P+微分D（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性.五、用小明来说明PID：小明接到这样一个任务:有一个水缸有点漏水（而且漏水的速 度还不一定固定不变），要求水面高度维持在某个位置，一旦发现水面高度 低于要求位置，就要往水缸里加水。小明接到任务后就一直守在水缸旁边, 时间长就觉得无聊，就跑到房里看小说了，每30分钟来检查一次水面高度。 水漏得太快，每次小明来检查时,水都快漏完了，离要求的高度相差很远， 小明改为每3分钟来检查一次，结果每次来水都没怎么漏，不需要加水， 来得太频繁做的是无用功。几次试验后，确定

14、每10分钟来检查一次.这个 检查时间就称为采样周期.开始小明用瓢加水，水龙头离水缸有十几米的 距离，经常要跑好几趟才加够水，于是小明又改为用桶加，一加就是一桶， 跑的次数少了，加水的速度也快了，但好几次将缸给加溢出了，不小心弄湿 了几次鞋，小明又动脑筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，几次下来，发现 刚刚好，不用跑太多次，也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为比例 系数。小明又发现水虽然不会加过量溢出了，有时会高过要求位置比 较多，还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法，在水缸上装一个漏斗，每 次加水不直接倒进水缸，而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解决 了，但加水的速度又慢了，有时还赶不上漏水

15、的速度。于是他试着变换不 同大小口径的漏斗来控制加水的速度，最后终于找到了满意的漏斗。漏斗的 时间就称为积分时间。小明终于喘了一口，但任务的要求突然严了，水位控制的及时 性要求大大提高，一旦水位过低，必须立即将水加到要求位置，而且不能高 出太多，否则不给工钱。小明又为难了！于是他又开努脑筋,终于让它想到 一个办法，常放一盆备用水在旁边，一发现水位低了，不经过漏斗就是一 盆水下去,这样及时性是保证了，但水位有时会高多了。他又在要求水面位 置上面一点将水缸要求的水平面处凿一孔，再接一根管子到下面的备用桶里 这样多出的水会从上面的孔里漏出来。这个水漏出的快慢就称为微分时间。六、在代码中理解PID：(

16、好好看注释，很好理解的.注意结合下面PID的公 式)首先看PID的增量型公式：PID二Uk+KP* E (k) -E (k-1 ) +KI*E(k) +KD*【E (k) 2E (k1)+E (k-2 )】 在单片机中运用PID,出于速度和RAM的考虑，一般不用浮点数，这里以整 型变量为例来讲述PID在单片机中的运用。由于是用整型来做的，所以不 是很精确。但是对于一般的场合来说，这个精度也够了，关于系数和温度在 程序中都放大了 W倍，所以精度不是很高，但是大部分的场合都够了，若 不够，可以再放大10倍或者100倍处理，不超出整个数据类型的范围就可 以了。一下程序包括PID计算和输出两部分。当偏差10度时全速加热，偏 差在10度以内时为PID计算输出.程序说明：下面的程序，先看ma in函数。可知在对定时器0初始化后就一 直在执行PID_0utput ()函数。在PID_0utput ()函数中先用iTemp变量 来得到PID运算的结果，来决定是启动加热丝加热还是不启动加热丝。下 面的if语句结合定时器来决定PID算法多久执行一次。PID_0perat ion() 函数看似很复杂，其实就一直在做一件事:根据提供的数据，用PID公式把 最终的PID值算出来。