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需要有积分限幅和输出限幅，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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