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什么时候用增量式pid,增量式pid三个参数

张世龙 05-04 01:24 19次浏览

1什么是PID控制算法? PID PID控制器超过一个世纪以多种形式使用,广泛应用于机械设备、气动设备和电子设备。 在工业应用中,PID及其派生算法是应用最广泛的算法之一,无愧于是万能算法

所谓PID实,由“比例proportional”、“积分integral”、“微分derivative”三个要素构成PID的基本要素。 完成不同的任务会对系统的功能产生不同的影响。 结构简单,参数易于调整,是控制系统中常用的控制算法。

PID:比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成

PID控制方式

其中,u(t)是控制器输出的控制量; (输出)

e(t)是偏差信号,等于定量和输出量之差(输入)

KP为比例系数; (对应于参数p )

TI是积分时间常数; (对应于参数I )

TD 是微分时间常数。 (对应于参数d )

数字PID控制算法通常分为位置式PID控制算法和增量PID控制算法。

位置式PID算法:

e(k ) : 用户设定的值(目标值) - 控制对象的当前的状态值

33558www.Sina.com/e(k ) )。

3358www.Sina.com/e(I )误差的累积

3358www.Sina.com/e(k )-e (k-1 )本次误差-上次误差

3358 www.Sina.com/http://www.Sina.com/http://www.Sina.com /

由于存在误差积分e(I ),累计值,即当前输出u ) k )与过去所有状态有关,用于误差的累计值; (误差e加上误差),输出的u ) k )与执行机构的实际位置相对应,控制输出错误(比例P : )、u ) k )的大幅变化会引起系统的大幅变化

另外,位置公式PID在积分项达到饱和时,误差在积分作用下继续累积,但误差开始向相反方向变化时,系统退出饱和区需要时间,因此u(k )达到最大和最小时,停止积分作用,且http://www.Sina .

积分I :

http://www.Sina.com/http://www.Sina.com /

和代码组合起来可以很好地理解

类型结构PID { float p,I,d,limit; (PID; typedefstructerror { float current _ error; //当前误差float Last_Error; //上次误差float Previous_Error; //上次误差}Error; //! * @brief位置公式PID * @since v1.0 * *sptr :误差参数* *pid: PID参数* NowPlace :当前位置* Point :预期位置*//位置公式PID控制float PID _ reareace //实际输出iError=Point - NowPlace; //当前误差sptr-current _ error=PID-I * I error; //误差积分sptr-current _ error=sptr-current _ error PID-limit? PID-limit : sptr-current _ error; //积分限制sptr-current _ error=sptr-current _ error-PID-limit? - PID-limit : sptr-current _ error; Realize=pid-P * iError //比例P sptr-Current_Error //积分IPID-d*(Ierror-sptr-last_error ); //微分Dsptr-Last_Error=iError; //更新上次的误差返回实际

ize;// 返回实际值} 增量式PID

 

比例P :    e(k)-e(k-1)   这次误差-上次误差

积分I :   e(i)     误差   

微分D :  e(k) - 2e(k-1)+e(k-2)   这次误差-2*上次误差+上上次误差

 增量式PID根据公式可以很好地看出,一旦确定了 KP、TI  、TD,只要使用前后三次测量值的偏差, 即可由公式求出控制增量

而得出的控制量▲u(k)对应的是近几次位置误差的增量,而不是对应与实际位置的偏差     没有误差累加

也就是说,增量式PID中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关,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

总结:增量型 PID,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。
 

typedef struct PID{ float P,I,D,limit;}PID;typedef struct Error{ float Current_Error;//当前误差 float Last_Error;//上一次误差 float Previous_Error;//上上次误差}Error;/*! * @brief 增量式PID * @since v1.0 * *sptr :误差参数 * *pid: PID参数 * NowPlace:实际值 * Point: 期望值 */// 增量式PID电机控制int32 PID_Increase(Error *sptr, PID *pid, int32 NowPlace, int32 Point){int32 iError,//当前误差Increase;//最后得出的实际增量iError = Point - NowPlace;// 计算当前误差Increase = pid->P * (iError - sptr->Last_Error) //比例P + pid->I * iError //积分I + pid->D * (iError - 2 * sptr->Last_Error + sptr->Previous_Error); //微分Dsptr->Previous_Error = sptr->Last_Error;// 更新前次误差sptr->Last_Error = iError; // 更新上次误差return Increase;// 返回增量} 增量式与位置式区别:

1增量式算法不需要做累加,控制量增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关,计算误差对控制 量计算的影响较小。而位置式算法要用到过去偏差的累加值,容易产生较大的累加误差。 

2增量式算法得出的是控制量的增量,例如在阀门控制中,只输出阀门开度的变化部分,误动作 影响小,必要时还可通过逻辑判断限制或禁止本次输出,不会严重影响系统的工作。 而位置式的输出直接对应对象的输出,因此对系统影响较大

3增量式PID控制输出的是控制量增量,并无积分作用,因此该方法适用于执行机构带积分部件的对象,如步进电机等,而位置式PID适用于执行机构不带积分部件的对象,如电液伺服阀。

4在进行PID控制时,位置式PID需要有积分限幅输出限幅,而增量式PID只需输出限幅

位置式PID优缺点: 优点:

①位置式PID是一种非递推式算法,可直接控制执行机构(如平衡小车),u(k)的值和执行机构的实际位置(如小车当前角度)是一一对应的,因此在执行机构不带积分部件的对象中可以很好应用

缺点:

①每次输出均与过去的状态有关,计算时要对e(k)进行累加,运算工作量大。

增量式PID优缺点: 优点:

①误动作时影响小,必要时可用逻辑判断的方法去掉出错数据。
②手动/自动切换时冲击小,便于实现无扰动切换。当计算机故障时,仍能保持原值。
③算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关。


缺点:

①积分截断效应大,有稳态误差;

②溢出的影响大。有的被控对象用增量式则不太好;

 

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