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再也不用担心搞不懂PID了!形象说明,还附调试口诀!

更新时间:2021-06-03 14:21:41 点击数:38078

(一)先来彻底搞懂PID到底是什么?


啥是PID?


PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。算法是不可以吃的。


PID已经有107年的历史了。


它并不是什么很神圣的东西,大家一定都见过PID的实际应用。


比如四轴飞行器,再比如平衡小车......还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器....


就是类似于这种:需要将某一个物理量“保持稳定”的场合(比如维持平衡,稳定温度、转速等),PID都会派上大用场。


那么问题来了:


比如,我想控制一个“热得快”,让一锅水的温度保持在50℃


这么简单的任务,为啥要用到微积分的理论呢。


你一定在想:


这不是so easy嘛~ 小于50度就让它加热,大于50度就断电,不就行了?几行代码用Arduino分分钟写出来。


没错~在要求不高的情况下,确实可以这么干~ But!如果换一种说法,你就知道问题出在哪里了:


如果我的控制对象是一辆汽车呢?


要是希望汽车的车速保持在50km/h不动,你还敢这样干么。


设想一下,假如汽车的定速巡航电脑在某一时间测到车速是45km/h。它立刻命令发动机:加速!


结果,发动机那边突然来了个100%全油门,嗡的一下,汽车急加速到了60km/h。


这时电脑又发出命令:刹车!


结果,吱...............哇............(乘客吐)


所以,在大多数场合中,用“开关量”来控制一个物理量,就显得比较简单粗暴了。有时候,是无法保持稳定的。因为单片机、传感器不是无限快的,采集、控制需要时间。


而且,控制对象具有惯性。比如你将一个加热器拔掉,它的“余热”(即热惯性)可能还会使水温继续升高一小会。


这时,就需要一种『算法』:


  • 它可以将需要控制的物理量带到目标附近

  • 它可以“预见”这个量的变化趋势

  • 它也可以消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差

  • ....


于是,当时的数学家们发明了这一历久不衰的算法——这就是PID。


你应该已经知道了,P,I,D是三种不同的调节作用,既可以单独使用(P,I,D),也可以两个两个用(PI,PD),也可以三个一起用(PID)。


这三种作用有什么区别呢?客官别急,听我慢慢道来

我们先只说PID控制器的三个最基本的参数:kP,kI,kD。


kP


P就是比例的意思。它的作用最明显,原理也最简单。我们先说这个:


需要控制的量,比如水温,有它现在的『当前值』,也有我们期望的『目标值』。


  • 当两者差距不大时,就让加热器“轻轻地”加热一下。

  • 要是因为某些原因,温度降低了很多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。

  • 要是当前温度比目标温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温到达目标附近。


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