PID工程调试经验

• 【写在前面】
• 【调试经验】
• • 1.KP的整定
  • 2.KI的整定
  • 3.KD的整定
  • 小总结
• 【位置式PID】
• • 1.公式
  • 2.注意事项
  • 3.典型代码
• 【增量式PID】
• • 1.公式
  • 2.注意事项
  • 3.典型代码

【写在前面】

2021年全国大学生电子设计竞赛又因为疫情推迟了，让人欲哭无泪。暑假集训期间做了三个控制类的模拟题，其中平衡小车和球形小车都用到了PID控制算法，调试过程中遇到了很多奇奇怪怪的问题。不得不说，PID对于不了解它的人就是这样残酷，而对熟练掌握的人则是一把利器，对于我来说，也不能说已经能够熟练运用，只是略窥其中奥妙，现在把血与泪过程中得出的经验总结如下。

接触PID的第一个项目是国赛题目风力摆，那时候对PID算法的含义理解还停留在表面，我印象中到最后调的也不是很好，能在一定时间内等幅，很快就产生振荡。第二个PID项目做的是平衡小车，角度环和速度环分别用了PD和PI，角度环调的效果很不错，但是加上速度环之后整个人都懵了，小车开始大幅度低频振荡，立不起来，那个时候很害怕，因为担心小车机械结构散架，所以速度环一直不敢调大，现在想来还是很蠢的（相当于阻尼效果不够）。

【调试经验】

一般来说参数整定按照以下顺序：

1.KP的整定

1. 一般来说先调P，把其他参数都置零的方法，确定P的极性，然后从小到大增大P，直到系统出现等幅振荡。

2. 增加P会增加系统响应速度，但是过大的P会使系统稳定性不佳，且存在较大误差

2.KI的整定

1. 积分环节的调节作用是消除静态误差。积分常数Ti越大，积分的积累作用越弱（一开始十分不理解，其实可以解释为

   积分常数越大累计次数越少，累加几次就达到上限了）。

2. 增大I可以使系统在过渡时不会产生振荡，减少超调量，提高系统的稳定性； 但是会减慢静态误差的消除过程。

3.KD的整定

1. 微分的作用就是使系统能够**根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正** ，将有助于减小超调量， 克服振荡， 使系统趋

   于稳定， 特别对髙阶系统非常有利， 它加快了系统的跟踪速度。

2. 微分的作用对输入信号的噪声很敏感，对那些噪声较大的系统一般不用微分， 或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。

小总结

用一张表格来总结：

调整方式	上升时间	超调量	安定时间	稳态误差	稳定性
KP增大	减少	增加	小幅增加	减少	变差
KI增大	小幅减少	增加	增加	大幅减少	变差
KD增大	小幅减少	减少	减少	基本不变	变好

另外还需要注意以下几点：

1. 单独整定参数得时候，必须注意每个参数得极性必须正确，判断标准就是以上表格。
2. 根据工程经验，KP和KI的关系是KP=KI * 200，当然公式是死的，要根据实际调。

【位置式PID】

1.公式

位置式PID是当前系统的实际位置，与你想要达到的预期位置的偏差，进行PID控制，当前的输出u(k)与过去的所有状态都有关系，输出的

u(k)对应的是执行机构的实际位置。

2.注意事项

1.需要加上积分限幅和输出限幅

2.适用于执行机构不带积分部件的对象，如舵机、平衡小车的直立、温控系统的控制、自动巡线等等

3.典型代码

typedef struct
{
  float Kp;                       //比例系数Proportional
  float Ki;                       //积分系数Integral
  float Kd;                       //微分系数Derivative

  float Ek;                       //当前误差
  float Ek1;                      //前一次误差 e(k-1)
  float Ek2;                      //再前一次误差 e(k-2)
  float LocSum;                   //累计积分位置
}PID_LocTypeDef;

float PID_Loc(float SetValue, float ActualValue, PID_LocTypeDef *PID)
{
  float PIDLoc;                                  //位置

  PID->Ek = SetValue - ActualValue;
  PID->LocSum += PID->Ek;                         //累计误差

  PIDLoc = PID->Kp * PID->Ek + (PID->Ki * PID->LocSum) + PID->Kd * (PID->Ek1 - PID->Ek);

  PID->Ek1 = PID->Ek;  return PIDLoc;
}

【增量式PID】

1.公式

控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，是对位置型 PID 取增量，这时控制器输出的是相邻两次采样时刻所计算的位置值之

差，得到的结果是增量，即在上一次的控制量的基础上需要增加（负值意味减少）控制量。 容易通过加权处理获得比较好的控制效果，并且

在系统发生问题时，增量式不会严重影响系统的工作。

2.注意事项

1.适用于 适用于执行机构带积分部件的对象，如步进电机等

2.增量式PID只需输出限幅

3.典型代码

typedef struct
{
  float Kp;                       //比例系数Proportional
  float Ki;                       //积分系数Integral
  float Kd;                       //微分系数Derivative

  float Ek;                       //当前误差
  float Ek1;                      //前一次误差 e(k-1)
  float Ek2;                      //再前一次误差 e(k-2)
}PID_IncTypeDef;


float PID_Inc(float SetValue, float ActualValue, PID_IncTypeDef *PID)
{
  float PIDInc;                                  //增量

  PID->Ek = SetValue - ActualValue;
  PIDInc = (PID->Kp * PID->Ek) - (PID->Ki * PID->Ek1) + (PID->Kd * PID->Ek2);

  PID->Ek2 = PID->Ek1;
  PID->Ek1 = PID->Ek;  return PIDInc;
}

标签：误差,电设,整定,Ek,float,PID,2021,Ek1
来源： https://blog.csdn.net/hdu_master/article/details/120373221