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怎樣才叫真正理解PID？

所屬分類(lèi)： 技術(shù)課堂

2024-09-09

任何一個(gè)東西，我們需要去真正理解和應(yīng)用到，其實(shí)都是從最根本的地方出發(fā)，一般就是最基本的定義和概念出發(fā)，我們基本就能夠理解，熟悉及應(yīng)用。

 

PID：比例-積分-微分控制器，熟悉和了解它我們需要結(jié)合整個(gè)控制框圖。

 

一般常規(guī)的系統(tǒng)控制框圖如下圖所示，其中C表示控制器，P表示被控對(duì)象，r表示期望數(shù)據(jù)，d表示外界擾動(dòng)，n表示外界噪聲。我們?cè)谶@里則是將PID控制器來(lái)代替C。

 

 

  • PID控制器

PID控制器形式主要有三種，并聯(lián)，串聯(lián)以及理想。

并聯(lián)則是三個(gè)參數(shù)相互獨(dú)立，

并聯(lián)公式如下：

 

 

串聯(lián)公式如下：

 

 

理想公式如下：

 

所以在處理控制器的PID控制算法之前，先確定好實(shí)現(xiàn)PID控制功能的形式，然后才是參數(shù)整定。

 

  • 參數(shù)含義

選定PID控制器形式之后，我們需要明白PID三個(gè)參數(shù)分別表示什么含義，以及各個(gè)參數(shù)所起到的作用，對(duì)系統(tǒng)的影響。

P：比例參數(shù)，代表Present（現(xiàn)在），對(duì)誤差進(jìn)行比例放大，減小上升時(shí)間，減小系統(tǒng)誤差，但會(huì)增加超調(diào)；

I：積分參數(shù)，代表Past（過(guò)去），對(duì)過(guò)去的誤差值進(jìn)行累積，能夠消除超調(diào)和誤差，但是會(huì)增加調(diào)節(jié)時(shí)間。

D：微分參數(shù)，代表Future（將來(lái)），對(duì)誤差的變化趨勢(shì)進(jìn)行判斷，能夠減小超調(diào)量。

 

 

  • 算法的工程應(yīng)用

如何將理論的算法應(yīng)用到實(shí)際工程應(yīng)用中呢，針對(duì)工程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如何對(duì)算法進(jìn)行調(diào)整，需要進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的總結(jié)。

PID控制算法的應(yīng)用主要考慮以下幾個(gè)點(diǎn)：

 

  • Noise Filtering and high frequency roll-off

濾波，主要是對(duì)微分項(xiàng)D增加濾波器，一般為低通濾波器。那為什么是微分項(xiàng)，我們簡(jiǎn)單分析下，

假如輸入信號(hào)為：

 

 

其中噪聲信號(hào)為正弦信號(hào)，頻率為wn，那么對(duì)信號(hào)進(jìn)行微分處理后，

 

 

當(dāng)wn比較大時(shí)，微分后的信號(hào)的幅值將會(huì)很大，則會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，所以需要進(jìn)行濾波處理。

  • Set point weight and 2 DOF

 

 

  •  Wind up

防風(fēng)策略，就是考慮到積分飽和，或控制器輸出飽和，需要對(duì)輸出進(jìn)行限幅操作，確保數(shù)據(jù)在合理的輸出范圍。

 

  • Tuning

參數(shù)整定，這個(gè)就需要不同的方法，主要有經(jīng)驗(yàn)值法，Lambda整定方法，試湊法，零極點(diǎn)配置方法等。

 

  • Computuer implementation

程序代碼的完善，主要是對(duì)程序代碼進(jìn)行離散化處理，進(jìn)行編程操作。

以上就是一些簡(jiǎn)單的總結(jié)和歸納，如有錯(cuò)誤，請(qǐng)批評(píng)指教。