山東利澤盟展開(kāi)講啦！這么直觀通俗的講PID，我還是第一次見(jiàn)~【附調(diào)試口訣】

更新時(shí)間：2019-04-20 13:57:17　點(diǎn)擊數(shù)：3282

PID，就是“比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）”，是一種很常見(jiàn)的控制算法。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。

算法是不可以吃的。

PID已經(jīng)有107年的歷史了。

它并不是什么很神圣的東西，大家一定都見(jiàn)過(guò)PID的實(shí)際應(yīng)用。

比如四軸飛行器，再比如平衡小車(chē)......還有汽車(chē)的定速巡航、3D打印機(jī)上的溫度控制器....

就是類(lèi)似于這種：需要將某一個(gè)物理量“保持穩(wěn)定”的場(chǎng)合（比如維持平衡，穩(wěn)定溫度、轉(zhuǎn)速等），PID都會(huì)派上大用場(chǎng)。

比如，我想控制一個(gè)“熱得快”，讓一鍋水的溫度保持在50℃

這么簡(jiǎn)單的任務(wù)，為啥要用到微積分的理論呢。

這不是so easy嘛~ 小于50度就讓它加熱，大于50度就斷電，不就行了？幾行代碼用Arduino分分鐘寫(xiě)出來(lái)。

沒(méi)錯(cuò)~在要求不高的情況下，確實(shí)可以這么干~ But！ 如果換一種說(shuō)法，你就知道問(wèn)題出在哪里了：

要是希望汽車(chē)的車(chē)速保持在50km/h不動(dòng)，你還敢這樣干么。

設(shè)想一下，假如汽車(chē)的定速巡航電腦在某一時(shí)間測(cè)到車(chē)速是45km/h。它立刻命令發(fā)動(dòng)機(jī)：加速！

結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)那邊突然來(lái)了個(gè)100%全油門(mén)，嗡的一下，汽車(chē)急加速到了60km/h。

這時(shí)電腦又發(fā)出命令：剎車(chē)！

結(jié)果，吱...............哇............(乘客吐)

所以，在大多數(shù)場(chǎng)合中，用“開(kāi)關(guān)量”來(lái)控制一個(gè)物理量，就顯得比較簡(jiǎn)單粗暴了。有時(shí)候，是無(wú)法保持穩(wěn)定的。因?yàn)閱纹瑱C(jī)、傳感器不是無(wú)限快的，采集、控制需要時(shí)間。

而且，控制對(duì)象具有慣性。比如你將一個(gè)加熱器拔掉，它的“余熱”（即熱慣性）可能還會(huì)使水溫繼續(xù)升高一小會(huì)。

于是，當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)家們發(fā)明了這一歷久不衰的算法——這就是PID。

你應(yīng)該已經(jīng)知道了，P，I，D是三種不同的調(diào)節(jié)作用，既可以單獨(dú)使用（P，I，D），也可以?xún)蓚€(gè)兩個(gè)用（PI，PD），也可以三個(gè)一起用（PID）。

這三種作用有什么區(qū)別呢？客官別急，聽(tīng)我慢慢道來(lái)

我們先只說(shuō)PID控制器的三個(gè)最基本的參數(shù)：kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意思。它的作用最明顯，原理也最簡(jiǎn)單。我們先說(shuō)這個(gè)：

需要控制的量，比如水溫，有它現(xiàn)在的『當(dāng)前值』，也有我們期望的『目標(biāo)值』。

這就是P的作用，跟開(kāi)關(guān)控制方法相比，是不是“溫文爾雅”了很多。

實(shí)際寫(xiě)程序時(shí)，就讓偏差（目標(biāo)減去當(dāng)前）與調(diào)節(jié)裝置的“調(diào)節(jié)力度”，建立一個(gè)一次函數(shù)的關(guān)系，就可以實(shí)現(xiàn)最基本的“比例”控制了~

kP越大，調(diào)節(jié)作用越激進(jìn)，kP調(diào)小會(huì)讓調(diào)節(jié)作用更保守。

要是你正在制作一個(gè)平衡車(chē)，有了P的作用，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，平衡車(chē)在平衡角度附近來(lái)回“狂抖”，比較難穩(wěn)住。

如果已經(jīng)到了這一步——恭喜你！離成功只差一小步了~

kD

D的作用更好理解一些，所以先說(shuō)說(shuō)D，最后說(shuō)I。

剛才我們有了P的作用。你不難發(fā)現(xiàn)，只有P好像不能讓平衡車(chē)站起來(lái)，水溫也控制得晃晃悠悠，好像整個(gè)系統(tǒng)不是特別穩(wěn)定，總是在“抖動(dòng)”。

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