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

更新時間：2019-04-20 13:57:17　點擊數(shù)：3084

PID，就是“比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）”，是一種很常見的控制算法。在工程實際中，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，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它以其結(jié)構(gòu)簡單、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，大家一定都見過PID的實際應(yīng)用。

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

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

比如，我想控制一個“熱得快”，讓一鍋水的溫度保持在50℃

這么簡單的任務(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分分鐘寫出來。

沒錯~在要求不高的情況下，確實可以這么干~ But！ 如果換一種說法，你就知道問題出在哪里了：

要是希望汽車的車速保持在50km/h不動，你還敢這樣干么。

設(shè)想一下，假如汽車的定速巡航電腦在某一時間測到車速是45km/h。它立刻命令發(fā)動機(jī)：加速！

結(jié)果，發(fā)動機(jī)那邊突然來了個100%全油門，嗡的一下，汽車急加速到了60km/h。

這時電腦又發(fā)出命令：剎車！

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

所以，在大多數(shù)場合中，用“開關(guān)量”來控制一個物理量，就顯得比較簡單粗暴了。有時候，是無法保持穩(wěn)定的。因為單片機(jī)、傳感器不是無限快的，采集、控制需要時間。

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

于是，當(dāng)時的數(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，既可以單獨使用（P，I，D），也可以兩個兩個用（PI，PD），也可以三個一起用（PID）。

這三種作用有什么區(qū)別呢？客官別急，聽我慢慢道來

我們先只說PID控制器的三個最基本的參數(shù)：kP,kI,kD。

kP

P就是比例的意思。它的作用最明顯，原理也最簡單。我們先說這個：

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，跟開關(guān)控制方法相比，是不是“溫文爾雅”了很多。

實際寫程序時，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”，建立一個一次函數(shù)的關(guān)系，就可以實現(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)小會讓調(diào)節(jié)作用更保守。

要是你正在制作一個平衡車，有了P的作用，你會發(fā)現(xiàn)，平衡車在平衡角度附近來回“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，所以先說說D，最后說I。

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

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