文章目录
- 前言
- 第一部分：连续PID
- 1.比例（Proportional，P）控制
- 2.积分（Integral，I）控制
- 3.微分（Derivative，D）控制
- 4.PID的工作原理
- 5..实质
- 6.分析
- 7.各种PID控制器
- P控制器
- 优点
- 缺点
- I控制器
- 优点
- 缺点
- PI控制器
- 优点
- 缺点
- D控制器
- 注意
- 优点
- 缺点
- 第二部分：离散PID
- 分类
- 1.位置式PID
- 2.增量式PID
- 第三部分：额外小知识点
- 总结
- 总结
前言
以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了连续型PID和离散型PID的原理及各种PID的优缺点。
第一部分：连续PID
PID：
PID控制器，即比例-积分-微分控制器，是一种广泛应用于工业控制系统中的反馈回路控制器。它通过**控制系统的偏差（即设定值与实际值之间的差）**来调节控制变量，使得系统稳定并达到预期的性能指标。PID控制器由以下三个基本控制作用组成：
1.比例（Proportional，P）控制
作用：比例控制的作用与当前偏差成正比。偏差越大，比例控制作用产生的调节量就越大。
特点：可以快速减少偏差，但不能完全消除静态误差（即系统稳定后存在的偏差，即系统的实际值和目标值之间恒定存在的差值），如果P过大会导致超调（控制器输出量变化过大）。
参数：比例增益，决定了比例作用的强度。
2.积分（Integral，I）控制
作用：积分控制的作用与偏差的累积量成正比。只要偏差存在，积分控制就会不断累积，从而产生调节作用。
特点：可以消除静态误差，提高系统的稳态精度，但可能会引起系统的响应速度变慢和超调。
参数：积分时间，决定了积分作用的累积速度。
3.微分（Derivative，D）控制
作用：微分控制的作用与偏差变化的速率成正比。它预测偏差的未来趋势，并提前产生调节作用。
特点：可以减小超调，提高系统的动态性能，对噪声敏感，可能会引起系统的振荡。
参数：微分时间，决定了微分作用的强度。
4.PID的工作原理
PID控制器的工作原理： PID控制器通过以下步骤对系统进行控制：
- 测量系统的输出（或过程变量）。
- 计算设定值与实际输出之间的偏差。
- 根据偏差及偏差的变化率，分别计算出比例、积分、微分三个控制作用。
- 将这三个控制作用相加，得到总的控制量。
- 利用这个控制量对系统进行调节。
5…实质
- 实质：通过改变PWM等的输出值，将实际目标参量始终围绕在设定目标参量附近
- 公式：目标值与实际反馈值通过比例、微分、积分计算获得控制器输出值
- 示例：带编码器（测量电机的位置和素速度）的直流减速（降低速度、提高扭矩）电机的速度跟踪（不会因为电压波动或者电机负载变化导致的电机速度变化）
6.分析
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首先点明受控对象、目标值、控制器输出值、反馈实际值是谁
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静态误差的存在判断：如果控制器输出量为0，判断控制对象是否会发生自发偏移
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无论是P、I、D参数都是与误差有关（目标值-反馈实际值）
7.各种PID控制器
P控制器
优点
反应快
缺点
存在静态误差，过大会导致振荡输出或者超调
I控制器
优点
反应慢
缺点
不存在静态误差
PI控制器
优点
反应快、没有稳态误差
缺点
没有D项，无法对未来进行预测，因此无法有效控制振荡输出或者超调
D控制器
注意
通常与P控制器或者PI控制器一起使用，不单独使用
优点
对未来进行预测，产生阻碍作用，解决振荡输出或者超调
缺点
过大会导致系统卡顿
第二部分：离散PID
实质：离散PID：将调控周期进行适当控制
分类
1.位置式PID
- 位置式PID就是连续型PID离散化后的PID公式，输出完整控制量
- 涉及到：本次、上次误差
2.增量式PID
- 增量式PID，第k次与第（k-1）次输出结果做差的结果，输出的是控制量的变化值
- 涉及到：本次、上次、上上次三次误差量
- 注意：增量式PID可以通过控制器内积分的操作实现位置式PID类似的功能
第三部分：额外小知识点
- STLINK：给STM32下载程序和调试程序
- USB转串口模块：用于STM32与上位机进行通信
- 离散型PID的调控周期T：取决于被控制对象的变化速度
- STM32等单片机，使用中断操作时，注意中断和主函数内的硬件操作的冲突问题（避免同时进行操作）
- PID调试，可以使用串口工具（SerialPlot）显示PID波形。使用串口时，注意适当的延迟作用。
总结
最后使用哪一种PID形式，需要根据自己项目的需求具体来确定
总结
以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了连续型PID和离散型PID的原理及各种PID的优缺点。
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