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2019-04-28 14:38:41
1.增量式PID
Error=Set_Value - Current_Value;
result= p * (Error - LastError)
+ i * Error
+ d * (Error - 2*LastError + PrevError);
PrevError = LastError;
LastError = Error;
SumError = SumError + result;
2.位置式PID
Error=Set_Value - Current_Value;
SumError += Error;
dError = LastError - PrevError;
PrevError = LastError;
LastError = Error;
result= p * Error
+ i * SumError
+ d * dError;
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位置PID和增量PID之间的差异是不同的输出,是否存在积分部分以及是否具有记忆功62616964757a686964616fe78988e69d8331333433626562能。
1.输出不同:位置PID控制的输出与整个过去状态有关,并且使用了误差的累加值;而增量PID的输出仅与当前拍和前两拍的误差有关,因此位置PID控制的累积误差相对较大。
2.是否有积分部分:增量PID控制输出为控制量增量,没有积分功能,因此该方法适用于带有积分部分的对象,例如步进电机等。 ,但位置PID适用于执行没有积分部件的对象,例如电动液压伺服阀。
3.是否具有记忆功能:由于增量PID输出是控制量增量,因此,如果计算机出现故障,则故障影响较小,执行器本身具有记忆功能,该功能仍可保留且不会严重影响系统的工作,而位置输出直接对应于对象的输出,因此对系统影响较大。
扩展资料:
增量PID的特点:计算中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最后三个采样值有关,通过加权过程易于获得较好的控制效果。每次计算机仅输出控制增量,即与执行器位置相对应的变化量,因此机器在发生故障时影响范围很小,不会严重影响生产过程;手动-自动切换的影响很小。
位置PID特性:在积分环节中,对从时间0到当前时间的所有偏差进行积分,这是一种非递推式的全局积分。当前采样时间的输出与过去的每个时间相关,计算量很大,控制器的输出对应于执行器的实际位置。如果计算失败,则执行器的作用范围会发生很大变化。
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位置式和增量式PID.pdf
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截图自《智能车制作 从元器件,机电系统,控制算法 到完整的智能车设计》 P231
我也感觉不管是循迹车还是无人机,接受的都是绝对的值,
是否平衡车,球上自平衡车适合接受增量值?我看也不见得,那样容易造成误差积累,但是步进电机确实他们喜欢用增量式的好像,我去看看平衡小车之家的源码,平衡小车之家的平衡车也是用的位置式,感觉似乎很少见到用增量式的。哪怕是球车,也是用的位置式PID。
下面这本无人机的书也明确说了,用的位置式PID。
增量式本身就是位置式相减得到的,本质就是一样的啊。我由位置式可以得到增量式,由增量式可以得到位置式。看你想用那种罢了。
《飞思卡尔杯智能车设计与实践》里面讲的位置式PID和增量式PID
《十天学会智能车 基于STM32》里讲的位置式PID与增量式PID
在响应的快速性上,位置式优于增量式,在对系统的稳定性的影响上,增量式优于位置式。
所以我觉得队医无人机,平衡车,快速响应应该是十分重要的,所以我见到的基本是位置式的PID。
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什么是PID
PID 控制器以各种形式使用超过了 1 世纪,广泛应用在机械设备、气动设备 和电子设备.在工业应用中PID及其衍生算法是应用最广泛的算法之一,是当之无愧的万能算法
PID 实指“比例 proportional”、“积分 integral”、“微分 derivative”,这三项构 成 PID 基本要素。每一项完成不同任务,对系统功能产生不同的影响。它的结构简单,参数易 于调整,是控制系统中经常采用的控制算法。
PID:比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成
PID控制公式
其中:u(t)为控制器输出的控制量;(输出)
e(t)为偏差信号,它等于给定量与输出量之差;(输入)
KP 为比例系数;(对应参数 P)
TI 为积分时间常数;(对应参数I)
TD 为微分时间常数。(对应参数 D)
数字 PID 控制算法通常分为位置式 PID 控制算法和增量式 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
比例P : e(k)
积分I : ∑e(i) 误差的累加
微分D : e(k) - e(k-1) 这次误差-上次误差
也就是位置式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
因为有误差积分 ∑e(i),一直累加,也就是当前的输出u(k)与过去的所有状态都有关系,用到了误差的累加值;(误差e会有误差累加),输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置,,一旦控制输出出错(控制对象的当前的状态值出现问题 ),u(k)的大幅变化会引起系统的大幅变化
并且位置式PID在积分项达到饱和时,误差仍然会在积分作用下继续累积,一旦误差开始反向变化,系统需要一定时间从饱和区退出,所以在u(k)达到最大和最小时,要停止积分作用,并且要有积分限幅和输出限幅
所以在使用位置式PID时,一般我们直接使用PD控制
而位置式 PID 适用于执行机构不带积分部件的对象,如舵机和平衡小车的直立和温控系统的控制
结合代码可以很好理解
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 位置式PID * @since v1.0 * *sptr :误差参数 * *pid: PID参数 * NowPlace:当前位置 * Point: 预期位置 */ // 位置式PID控制 float PID_Realize(Error *sptr,PID *pid, int32 NowPlace, float Point) { int32 iError, // 当前误差 Realize; //实际输出 iError = Point - NowPlace; // 计算当前误差 sptr->Current_Error += pid->I * iError; // 误差积分 sptr->Current_Error = sptr->Current_Error > pid->limit?pid->limit:sptr->Current_Error;//积分限幅 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I + pid->D * (iError - sptr->Last_Error); //微分D sptr->Last_Error = iError; // 更新上次误差 return Realize; // 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D sptr->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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