改进初学者的PID-介绍

阅读原文时间：2023年07月14日阅读：1

　　最近看到了Brett Beauregard发表的有关PID的系列文章，感觉对于理解PID算法很有帮助，于是将系列文章翻译过来！在自我提高的过程中，也希望对同道中人有所帮助。作者Brett Beauregard的原文网址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

　　结合新的Arduino PID库的发布，我决定发布这一系列帖子。最后一个库虽然稳定，但并没有真正提供任何代码解释。这次计划的目的是详细解释为什么代码是这样的。我希望这对两类人有用：

直接对Arduino PID库中发生的事情感兴趣的人将得到详细的解释。
任何编写自己的PID算法的人都可以看看我是如何做的，并借鉴他们喜欢的东西。

　　这将是一个艰难的过程，但我认为我找到了解释我的代码的一个不太痛苦的方法。我将从我称之为“初学者的PID”开始。然后我将逐步改进它，直到我们留下一个高效，强大的pid算法。

初学者的PID

　　这是每个人第一次学习它时接触的PID方程式：

　　这导致几乎每个人都编写以下PID控制器：

/*working variables*/
unsigned long lastTime;
double Input，Output，Setpoint;
double errSum，lastErr;
double kp，ki，kd;
void Compute()
{
/*How long since we last calculated*/
unsigned long now = millis();
double timeChange = (double)(now - lastTime);

/\*Compute all the working error variables\*/  
double error = Setpoint - Input;  
errSum += (error \* timeChange);  
double dErr = (error - lastErr) / timeChange;

/\*Compute PID Output\*/  
Output = kp \* error + ki \* errSum + kd \* dErr;

/\*Remember some variables for next time\*/  
lastErr = error;  
lastTime = now;

}

void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
{
kp = Kp;
ki = Ki;
kd = Kd;
}

　　Compute（）被定期或不定期地调用，并且它运行良好。不过，这样的PID并不是“非常好用”。如果我们要将此代码转换为与工业PID控制器相同的代码，我们将不得不解决以下问题：

1、采样时间—如果以固定间隔评估PID算法，则该算法的运行效果最佳。如果算法知道这个间隔，我们也可以简化一些内部的数学计算。

2、微分冲击—这虽然不是最重要的，但很容易处理，所以我们就先处理它。

3、改变整定参数—一个好的PID算法是可以在不影响内部工作的情况下改变整定参数的算法。

4、积分饱和—我们将讨论积分饱和，并实现一个很好的解决方案。

5、开/关（自动/手动）—在大多数应用中，有时需要关闭PID控制器并手动调节输出，而不会影响控制器。

6、初始化—当控制器第一次打开时，我们想要一个“无扰动切换”。也就是说，我们不希望输出突然变成一些新值。

7、正反作用—最后一种方法，并且不改变系统的鲁棒性和名称。它旨在确保用户使用正确的符号输入调整参数。

8、新：测量的比例—添加此功能可以更轻松地控制某些类型的过程。

　　一旦我们解决了所有这些问题，我们就会拥有一个可靠的PID算法。我们还将获得Arduino PID库最新版本中使用的代码，这并非巧合。因此，无论您是尝试编写自己的算法，还是试图了解PID库中的内容，我希望这可以帮助您解决问题。让我们开始吧。