pid是什么意思（pid控制原理和算法）

(一)首先，彻底了解PID是什么？PID是什么？比例积分微分PID是一种非常常用的控制算法。 在工程实践中，应用最广泛的调节器控制规律是比例、积分和微分控制，简称PID控制，也称为PID调节。 由于其结构简单、稳定性好、运行可靠、调节方便，已成为工业控制的主要技术之一。 算法是不能吃的。 PID已有107年的历史。 这不是什么神圣的事情。大家肯定都看到了PID的实际应用。 例如，四轴飞行器，平衡车...汽车的定速巡航，3D打印机上的温度控制器...都类似于此:当某个物理量需要“保持稳定”(比如保持平衡、稳定温度、转速等)时，PID就会派上用场。). 那么问题来了:比如我想控制一个简单的“快速变热”的任务，保持一壶水的温度在50℃。我为什么要用微积分的理论？ 你一定在想:这不是那么容易吗~小于50度就让它升温，大于50度就关电源不是吗？用Arduino分钟写几行代码。 没错~要求不高的情况下真的可以这样做~但是！换个角度，你就知道问题出在哪里了:如果我的控制对象是一辆车呢？如果你想让车速保持在50km/h，你敢这么做吗？ 想象一下，如果一辆车的巡航控制电脑在某个时间检测到45km/h的速度。 它立刻命令引擎加速！结果对方发动机突然100%全油门，车突然加速到60 km/h。 这时，电脑再次发出命令:刹车！结果，吱......................................................................................................................................................................... 有时候，稳定不了。 因为单片机和传感器不是无限快，采集和控制需要时间。 而且，被控对象具有惯性。 例如，如果你拔掉一个加热器，它的“余热”(即热惯性)可能会进一步提高水温一小会儿。 这时候就需要一种“算法”:它能把要控制的物理量带到目标附近，它能“预见”这个量的变化趋势，它还能消除散热、电阻等因素带来的静态误差...所以，当时的数学家发明了这个经久不衰的算法——这就是PID。 你应该已经知道P，I，D是三个不同的调节函数，可以单独使用(P，I，D)，成对使用(PI，PD)，也可以组合使用(PID)。 这三个功能有什么区别？别担心，先生。慢慢听我说。我们只说PID控制器最基本的三个参数:KP，KI，KD。 KPP意味着比例 它的作用最明显，原理最简单。 先说这个:要控制的量，比如水温，有它当前的“当前值”和我们预期的“目标值” 当两者相差不大时，让加热器“轻轻”加热。 如果由于某种原因，温度下降了很多，让加热器加热“更难一点” 如果当前温度远低于目标温度，就让加热器“开足马力”，让水温尽快达到目标。 这就是p的作用，相比开关控制方式，是不是“温柔”了很多？ 实际写程序时，让偏差(目标减去当前)与调节装置的“调节强度”相关，建立线性函数关系，就可以实现最基本的“比例”控制~ kP越大，调节效果越积极，kP越小，调节效果越保守。 如果你在做平衡车，用P的功能，你会发现平衡车在平衡角附近来回“狂摇”，很难稳定。 如果已经到了这个地步——恭喜你！离成功只有一小步~kDD的作用比较好理解，先说D，最后说I。 我们刚刚有了p的功能。 不难发现，只有P无法让平衡站起来，水温控制的摇摇晃晃，好像整个系统都不是特别稳定，一直在“摇晃” 在你的头脑中想象一个弹簧:它现在处于平衡位置。 拉它，然后放开。 这时候就会震动。 因为阻力很小，所以可能会振荡很长时间才再次停在平衡位置。 想象一下:如果上图所示的系统浸在水中，也把它拉一下:这样的话，再次停在平衡位置所需的时间会少得多。 我们需要一个控制函数，使被控物理量的“变化速度”趋于零，即类似于“阻尼”的函数。 因为，越靠近目标，P的控制效果越小。 越接近目标，p的作用越平缓。 有许多内部或外部因素使控制量在小范围内摆动。 D的作用是使物理量的速度趋于零。每当这个量有一个速度，D就会反方向发力，尽力阻止这种变化。 kD参数越大，速度反方向的制动力越强。 如果是平衡小车，再加上P和D两个控制功能，参数调得合适的话，应该能立起来~加油！ 等等，PID三兄弟真的想再要一个。 看起来PD可以保持物理量稳定，那为什么还需要I呢？因为我们忽略了一个重要的情况:kI还是以热水为例。 假设有人把我们的取暖设备拿到一个很冷的地方，开始烧水。 需要烧到50℃ 在P的作用下，水温缓慢上升。 到了45℃的时候，他发现了一个不好的事情:太冷了，水散的速度和P控加热的速度相当。 我能怎么做呢？P哥是这样想的:我离目标很近了，轻轻加热就好。 D哥是这样想的:加热和散热是对等的，温度不波动。我似乎不需要调整什么。 因此，水温永远停留在45℃，永远达不到50℃ 作为一个人，根据常识，我们知道加热功率应该进一步增加。 但是怎么算涨幅呢？前辈科学家想出来的方法真是巧妙。 设置一个积分。 只要偏差存在，就会不断整合(积累)并体现在调整力度上。 这样，即使45℃和50℃相差不太大，随着时间的推移，只要没有达到目标温度，积分就会不断增加。 系统会慢慢意识到，在达到目标温度之前，是时候加大功率了！达到目标温度后，假设温度不波动，积分值不会再变化。 此时，加热功率仍然等于散热功率。 然而，温度稳定在50℃ kI值越大，积分时间倍增系数越大，积分效应越明显。 因此，I的作用是减少静态下的误差，使被控物理量尽可能接近目标值。 我在使用的时候还有一个问题:你需要设置积分极限。 以防止积分过大而在加热开始时无法控制。 (2)我们来看看PID怎么调？(PID参数调整公式)寻找最佳参数设置。先查从小到大的顺序，然后积分比例，最后在曲线上加微分频繁振荡。比例带板需要放大弯道，绕大湾浮动，比例带板到小弯弯道偏离，慢慢恢复。积分时间对下降曲线的波动周期长，积分时间拉长曲线振荡频率快。首先，当动态差异较大时，微分降低且波动较慢。 微分时间要拉长理想曲线的两波，前高后低，调节品质不会低。如果反应较快，增加P，减少I，如果反应较慢，减少P，增加I，如果比例过大，会引起系统震荡。积分过大会造成系统迟钝。

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