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標題: PID理解 [打印本頁]

作者: 請求請求12 時間: 2018-5-29 19:34
標題: PID理解

很多同學都不清楚PID是個什么東西，因為很多不是自動化的學生。他們開口就要資料，要程序。
這是明顯的學習方法不對，起碼，首先，你要理解PID是個什么東西。
本文以通俗的理解，以小車縱向控制舉例說明PID的一些理解。
首先，為什么要做PID？
由于外界原因，小車的實際速度有時不穩定，這是其一，
要讓小車以最快的時間達達到既定的目標速度，這是其二。
速度控制系統是閉環，才能滿足整個系統的穩定要求，必竟速度是系統參數之一，這是其三.
小車調速肯定不是線性的，外界因素那么多，沒人能證明是線性的。如果是線性的，直接用P就可以了。
比如在PWM=60%時，速度是2M/S，那么你要它3M/S，就把PWM提高到90%。因為90/60=3/2，這樣一來太完美了。
完美是不可能的。
那么不是線性的，要怎么怎么控制PWM使速度達到即定的速度呢？即要快，又要準，又要狠。（即快準狠
）系統這個速度的調整過程就必須通過某個算法調整，一般PID就是這個所用的算法。
可能你會想到，如果通過編碼器測得現在的速度是2.0m/s,要達到2.3m/s的速度，那么我把pwm增大一點不
就行了嗎？是的，增大pwm多少呢？必須要通過算法，因為PWM和速度是個什么關系，對于整個系統來說，誰也
不知道。要一點一點的試，加個1%,不夠，再加1%還是不夠，那么第三次你還會加1%嗎？很有可能就加2%了。
通過PID三個參數得到一個表達式：△PWM=a *△V1+b *△V2+c *△V3,a b c是通過PID的那個長長的公式展開
，然后約簡后的數字，△V1 ，△V2 ，△V3 此前第一次調整后的速度差 ,第二次調整后的速度差,第三次。。
。。。一句話，PID要使當前速度達到目標速度最快，需要建立如何調整pwm和速度之間的關系。

輸入輸出是什么：
輸入就是前次速度，前前次速度，前前前次速度。
輸出就是你的PWM應該增加或減小多少。

PID實際編程的過程的，要注意的東西還是有幾點的。PID這東西可以做得很深。
1 PID的診定。湊試法，臨界比例法，經驗法。
2 T的確定，采樣周期應遠小于過程的擾動信號的周期，在小車程序中一般是ms級別。
3 目標速度何時賦值問題，如何更新新的目標速度?這個問題一般的人都乎略了。目標速度肯定不是個恒定的，那么何時改變目標速度呢？
4 改變了目標速度，那么e(k) e(k-1) e(k-2)怎么改變呢？是賦0還是要怎么變？
5 是不是PID要一直開著？
6 error為多少時就可以當速度已達到目標？
7 PID的優先級怎么處理，如果和圖像采集有沖突怎么辦？
8 PID的輸入是速度，輸出是PWM，按理說PWM產生速度，但二者不是同一個東西，有沒有問題？
9 PID計算如何優化其速度？指針，匯編，移位？都可以試！
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//定義PID結構體
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typedef struct PID
{
int SetPoint; //設定目標 Desired Value
double Proportion; //比例常數 Proportional Const
double Integral; //積分常數 Integral Const
double Derivative; //微分常數 Derivative Const
int LastError; //Error[-1]
int PrevError; //Error[-2]
} PID;
//*****************************************************
//定義相關宏
//*****************************************************
#define P_DATA 100
#define I_DATA
0.6
#define D_DATA
1
#define HAVE_NEW_VELOCITY 0X01
//*****************************************************
//聲明PID實體
//*****************************************************
static PID sPID;
static PID *sptr = &sPID;
//*****************************************************
//PID參數初始化
//*****************************************************
void IncPIDInit(void)
{
sptr->LastError = 0; //Error[-1]
sptr->PrevError = 0; //Error[-2]
sptr->Proportion = P_DATA; //比例常數 Proportional Const
sptr->Integral = I_DATA; //積分常數Integral Const
sptr->Derivative = D_DATA; //微分常數 Derivative Const
sptr->SetPoint =100;
目標是100
}
//*****************************************************
//增量式PID控制設計
//*****************************************************
int IncPIDCalc(int NextPoint)
{
int iError, iIncpid; //當前誤差
iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //增量計算
iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]項
- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]項
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]項
sptr->PrevError = sptr->LastError;
//存儲誤差，用于下次計算
sptr->LastError = iError;
return(iIncpid);
//返回增量值
}
Int g_CurrentVelocity;
Int g_Flag;
void main(void)
{

DisableInterrupt
InitMCu();

IncPIDInit();
g_CurrentVelocity=0;
//全局變量也初始化
g_Flag=0;
//全局變量也初始化
EnableInterrupt;

While(1)
{

if (g_Flag& HAVE_NEW_VELOCITY)

{

PWMOUT+= IncPIDCalc(CurrentVelocity);

g_Flag&=~ HAVE_NEW_VELOCITY;
}
}
}
//****************************************
//采樣周期T
//****************************************
Interrrupt TIME void
{

CurrentVelocity =GetCurrentVelocity;

g_Flag|= HAVE_NEW_VELOCITY;
}

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