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PID教程:PID单环闭环控制实验

目录

1.PID注意事项

2.增量式PID与位置式PID区别

3.对于位置式PID定位置控制的问题

4.常用的环

5.PID调节一些技巧

PID控制器总结


1.PID注意事项

编码器读取速度和PWM是没有一一对应的关系的。编码器读取周期短,测速的精度就低;读取的周期长,速度的刷新就慢,但是测速的精度就高。如果是PID控制的话,这个编码器读取的周期,可以和PID的调控周期保持一致,这样能最大周期地利用编码器的分辨率,原因:首先,编码器读取周期肯定不能长于PID调控周期,如果长了,那么PID调控时,编码器测量的实际速度还没有刷新,PID调控这么快,根本没有意义;其次,编码器读取周期最好不要短于PID调控周期,因为这样,编码器测量快,PID调控慢,那么编码器中间的一些值,PID根本没有用到,又因为,编码器读取越快,其测速精度就越低,所有编码器读取周期,没有必要短于PID调控周期

PID的极性不能搞反了,负反馈调节会使得误差越来越小,正反馈调节会使得误差越来越大,调控极性的代码,选择的代码是顺时针为正

2.增量式PID与位置式PID区别

当增量式PID暂停控制时,Out可以为在当前值,当增量式PID启动控制时,它也会在当前Out的基础上,继续执行控制,这个特性带来的好处是增量式PID适合自动控制和手动控制切换的场景

位置式PID,由于内部有一个单独的积分变量Errorlnt,所以刚切换到位置式PID控制后,这个积分变量需要进行变化,过一段时间后,才能适应当前状态,式输出值稳定,因此,位置式PID,由手动控制切换到自动控制后,系统会有短暂的抖动,过度不平稳,而增量式PID,由手动切换到自动时,它会在手动修改后Out的基础上,进行+=的赋值,又因为增量式PID,内部没有单独的积分变量,所以增量式PID,在切换过程中,可以保证输出值的稳定过渡

因此增量式PID适合自动控制和手动控制切换的场景

3.对于位置式PID定位置控制的问题

1.为什么纯P项定位置控制,没有稳态误差

稳态误差产生的原因是当输出值为0时,实际值还会自发地偏移,而在这里,输出值为0时,电机的位置会自发偏移吗,显然不会,所以,目前这个代码的定位置控制,没有稳态误差

2.虽然没有稳态误差,但是在SerialPlot仔细观察这个图线,实际值和目标值,好像并没有完全重合还是有一点点误差的

因为当输出的驱动力比较小的时候,电机可能转不起来,改变不了位置,所以最后一点点误差就无法消除

4.常用的环

位置式PID定位置使用PD控制器最好;速度环一般是PI控制器,有时加一点D项会好一些;角度环这样的位置环,一般是PD控制器,有时加一点I项会好一些

5.PID调节一些技巧

开始调时,I项和D项先置0,先调P项,从小到大,从0一直往上调,直至系统发生比较强烈的抖动时,就表示P项大了,这个时候,就降低P项的大小

K_p = 0.5

K_p = 1

根据波形就可以发现系统已经发生抖动了,波形强烈抖动了

P项调后,调节I项,I向主要就是一直P项的稳态误差的,说白了就是观察实际值和目标值的波形,如果实际值达到目标值附近时,波形有抖动,就加点I项,下图就是比较好的PI控制器的波形,主要时波形越平滑越好,但是,如果I项大了那么实际值接近目标值会变慢

K_p=0.25, K_i=0.2

K_p=0, K_i=0.05

I项大了,波形中实际值接近目标值会变慢

P项是提高PID控制器的反应能力的,I项是让波形更加平滑的,如果觉得P项和I项都调的差不多了,但是,有一些超调现象时,如果减小一点P项时,反应速度就跟不上,减小一点I项波形就不平滑了,但还是会有一些超调,这个时候,就要加入D项了

K_p=0.5, K_i=0.2

这个是P项大了,波形上有一个尖端这个就是超调现象

K_p=0.25, K_i=0.5

这个是I项大了,波形上有一个尖端这个就是超调现象

不同波形的控制效果

PID控制器实际需要达到或是接近的波形

PID控制器总结

P调快、I调精、D调稳

PID口诀

参数整定寻最佳,从大到小顺次查

先是比例后积分,最后再把微分加

曲线振荡很频繁,比例度盘要放大

曲线漂浮绕大弯,比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢,积分时间往下降

曲线波动周期长,积分时间再加长

理想曲线两个波,调节过程高质量

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