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一個故事讀懂PID控制絕對經典

一文看懂舵機硬體pid電路原理-電子發燒友網

《從新手到高手 自動調節系統解析與PID整定》

PID控制器的數字實現及C語法講解 - free_稀飯 - 部落格園

有的時候書本上的僅僅是理論，讀起來會比較深奧。反倒是部落格上的有些文章是比較不錯的。所以記錄下。

mcu實現的有位置式PID和增量PID，但是通常用的多是增量式PID，這樣可以減少mcu的記憶體佔用，效果也可以達到，因此在多數場景中，都用增量式PID控制的方法。

兩者的優缺點

a) 增量式演算法優點：①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的確定僅與最近3次的取樣值有關，容易通過加權處理獲得比較好的控制效果；②計算機每次只輸出控制增量，即對應執行機構位置的變化量，故機器發生故障時影響範圍小、不會嚴重影響生產過程；③手動—自動切換時衝擊小。當控制從手動向自動切換時，可以作到無擾動切換。

b) 位置式PID控制演算法的缺點：當前取樣時刻的輸出與過去的各個狀態有關，計算時要對e(k)進行累加，運算量大；而且控制器的輸出u(k)對應的是執行機構的實際位置，如果計算機出現故障，u(k)的大幅度變化會引起執行機構位置的大幅度變化。

區別於聯絡：

1、其實是位置式和增量式是一樣的，增量式最後那個輸出化解完和位置式一樣。增量式PID可以通過 u(k) = u(k-1) + Δu(k) 得到位置式輸出

2、增量型演算法與位置型演算法比較：

（1）增量型演算法不需做累加，計算誤差後產生的計算精度問題，對控制量的計算影響較小。位置型演算法用到過去的誤差的累加，容易產生較大的累加誤差。

（2）增量型演算法得出的是控制的增量，誤動作影響小，必要時通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會影響系統的工作。位置型演算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大。
（3）增量式演算法的主要優勢體現在對積分環節的處理上，積分作用的累加效果會影響到輸出的準確性。
（4）樓上的說法讓我獲益不少，一直沒理解“避免誤動作”的原因。另外，增量式演算法易於實現手、自動的無擾動切換。

增量式PID調教總結

1．負反饋

自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統接線，確定系統的反饋為負反饋。例如電機調速系統，輸入訊號為正，要求電機正轉時，反饋訊號也為正（PID演算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉速越高，反饋訊號越大。其餘系統同此方法。

2．PID除錯一般原則

a.在輸出不振盪時，增大比例增益P。
b.在輸出不振盪時，減小積分時間常數Ti。
c.在輸出不振盪時，增大微分時間常數Td。

調整方法現在一般採用的是臨界比例法。

部分來源於網路。。

控制系統中應用最為廣泛的一種控制規律。

        PID調節器之所以經久不衰，主要有以下優點：

        (1)技術成熟，通用性強

        (2)原理簡單，易被人們熟悉和掌握 

        (3)控制效果較好

（一）、PID的形式：
P：Proportion（比例），就是輸入偏差乘以一個常數。I  ：Integral（積分），就是對輸入偏差進行積分運算。D：Derivative（微分），對輸入偏差進行微分運算。
注：輸入偏差=讀出的被控制物件的值-設定值。比如說我要把溫度控制在26度，但是現在我從溫度感測器上讀出溫度為28度。則這個26度就是”設定值“，28度就是“讀出的被控制物件的值”。

KP為比例增益；TI為積分時間常數；TD為微分時間常數；u(t)為控制
量(控制器輸出)；e(t)為被控量與給定值的偏差。

（二）PID引數對控制性能的影響
1.隨著比例係數Kp的增加，超調量增大，系統響應速度加快，

2.積分時間常數Ti對控制性能的影響
        積分作用的強弱取決於積分常數Ti。Ti越小，積分作用就越強，反之
Ti大則積分作用弱。積分控制的主要作用是改善系統的穩態效能，消除
系統的穩態誤差。當系統存在控制誤差時，積分控制就進行，直至無
差，積分調節停止，積分控制輸出一常值。
        加入積分控制可使得系統的相對穩定性變差。Ti值的減小可能導致
系統的超調量增大，Ti值的增大可能使得系統響應趨於穩態值的速度減
慢。

3.微分時間常數Td對控制性能的影響
        隨著微分時間常數Td的增加，閉環系統響應的響應速度加快，調節
時間減小。微分環節的主要作用是提高系統的響應速度。由於該環節對
誤差的導數(即誤差變化率發生作用)，它能在誤差較大的變化趨勢時施加
合適的控制。
        但是過大的Kd值會因為系統造成或者受控物件的大時間延遲而出現
問題。微分環節對於訊號無變化或變化緩慢的系統不起作用。 

總結：
*比例控制能迅速反映誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩態誤
  差，KP的加大會引起系統的不穩定；
*積分控制的作用是，只要系統存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，
  輸出控制量以消除誤差。因此只要有足夠的時間，積分控制將能完全消
  除誤差，但是積分作用太強會使系統超調加大，甚至使系統出現振盪；

*微分控制可以減小超調量，克服振盪，使系統的穩定性提高，同時加快
  系統的動態響應速度，減小調整時間，從而改善系統的動態效能。