No.1

PID算法簡介

P指的是比例(Proportion)，I指的是積分(Integral)，D指的是微分(Differential)。在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，輸入信號為正，要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。

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要想搞懂PID算法的原理，首先必須先明白P,I,D各自的含義及控制規(guī)律：

01 

比例P：

比例項(xiàng)部分其實(shí)就是對預(yù)設(shè)值和反饋值差值的放大倍數(shù)。舉個例子，假如原來電機(jī)兩端的電壓為U0，比例P為0.2，輸入值是800，而反饋值是1000，那么輸出到電機(jī)兩端的電壓應(yīng)變?yōu)閁0+0.2*（800-1000）。從而達(dá)到了調(diào)節(jié)速度的目的。顯然比例P越大時，電機(jī)轉(zhuǎn)速回歸到輸入值的速度將更快，及調(diào)節(jié)靈敏度就越高。從而，加大P值，可以減少從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時間。但是同時也可能造成電機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)值附近振蕩的情形，所以又引入積分I解決此問題。

02 

積分I：

積分項(xiàng)部分其實(shí)就是對預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時間上進(jìn)行累加。當(dāng)差值不是很大時，為了不引起振蕩。可以先讓電機(jī)按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)時要將這個差值用積分項(xiàng)累加。當(dāng)這個和累加到一定值時，再一次性進(jìn)行處理。從而避免了振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。可見，積分項(xiàng)的調(diào)節(jié)存在明顯的滯后。而且I值越大，滯后效果越明顯。

03 

微分D：

微分項(xiàng)部分其實(shí)就是求電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率。也就是前后兩次差值的差而已。也就是說，微分項(xiàng)是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作。可見微分項(xiàng)的調(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大，超前作用越明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。

對偏差信號進(jìn)行比例、積分和微分運(yùn)算變換后形成一種控制規(guī)律。“利用偏差，糾正偏差”。

No.2

參數(shù)調(diào)整一般規(guī)則

由各個參數(shù)的控制規(guī)律可知，比例P使反應(yīng)變快，微分D使反應(yīng)提前，積分I使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi)，P，D值越大，調(diào)節(jié)的效果越好。各個參數(shù)的調(diào)節(jié)原則如下：

PID調(diào)試一般原則

a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。

c.輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。

No.3

參數(shù)調(diào)整一般步驟

由于自動控制系統(tǒng)被控對象的千差萬別，PID的參數(shù)也必須隨之變化，以滿足系統(tǒng)的性能要求。這就給使用者帶來相當(dāng)?shù)穆闊貏e是對初學(xué)者。下面簡單介紹一下調(diào)試PID參數(shù)的一般步驟：

01

確定比例增益

P確定比例增益P時，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令Ti=0、Td=0，PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。

02

確定積分時間常數(shù)Ti

比例增益P確定后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。

03

確定微分時間常數(shù)Td

微分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。

04

聯(lián)調(diào)

系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至滿足要求。

No.4

總結(jié)

參數(shù)整定尋最佳，從大到小順次查。先是比例后積分，最后再把微分加。曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大。曲線漂浮繞大彎，比例度盤往小扳。曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降。曲線波動周期長，積分時間再加長。理想曲線兩個波，調(diào)節(jié)過程高質(zhì)量。

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