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标题: 让你一分钟读懂APM及大疆飞控PID调整的控制原理（申精） [打印本页]

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作者: superzhengyi    时间: 2014-3-25 16:52
标题: 让你一分钟读懂APM及大疆飞控PID调整的控制原理（申精）
很多朋友问我PID怎么调。我没有办法解释，为什么，连PID到底是什么意思，你都不知道，你怎么调？
OK以下就通俗易懂地来解释一下什么是PID，并阐述PID的原理，希望能对你所启发。
看完你就知道怎么调了。

PID控制器[编辑]







PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。

PID控制器的方块图


PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确而稳定。


反馈回路基础[编辑]

PID回路是要自动实现一个有量具和控制旋钮的操作人员的工作，这个操作人员会用量具测系统输出的结果，然后用控制旋钮来调整这个系统的输入，直到系统的输出在量具上显示稳定的需求的结果，在旧的控制文档里，这个过程叫做“复位”行为，量具被称为“测量”，需要的结果被称为“设定值”而设定值和测量之间的差别被称为“误差”。
一个控制回路包括三个部分：

• 系统的传感器得到的测量结果
• 控制器作出决定
• 通过一个输出设备来作出反应
  

控制器从传感器得到测量结果，然后用需求结果减去测量结果来得到误差。然后用误差来计算出一个对系统的纠正值来作为输入结果，这样系统就可以从它的输出结果中消除误差。
在一个PID回路中，这个纠正值有三种算法，消除目前的误差，平均过去的误差，和透过误差的改变来预测将来的误差。
比如说，假如利用水箱在为植物提供水，水箱的水需要保持在一定的高度。可以用传感器来检查水箱里水的高度，这样就得到了测量结果。控制器会有一个固定的用户输入值来表示水箱需要的水面高度，假设这个值是保持65％的水量。控制器的输出设备会连在由马达控制的水阀门上。打开阀门就会给水箱注水，关上阀门就会让水箱里的水量下降。这个阀门的控制信号就是控制变量。
PID控制器可以用来控制任何可被测量及可被控制变量。比如，它可以用来控制温度、压强、流量、化学成分、速度等等。汽车上的巡航定速功能就是一个例子。
一些控制系统把数个PID控制器串联起来，或是连成网络。这样的话，一个主控制器可能会为其他控制输出结果。一个常见的例子是马达的控制。控制系统会需要马达有一个受控的速度，最后停在一个确定的位置。可由一个子控制器用来管理速度，但是这个子控制器的速度是由控制马达位置的主控制器来管理的。
连合和串联控制在化学过程控制系统中是很常见的。
理论[编辑]参见：Ziegler–Nichols方法
PID是以它的三种纠正算法而命名的。这三种算法都是用加法调整被控制的数值，其输入为误差值（设定值减去测量值后的结果）或是由误差值衍生的信号。这三种算法是.[1]：

• 比例- 来控制当前，误差值和一个正值的常数P（表示比例）相乘。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。比如说，一个电热器的控制器的比例尺范围是10°C，它的预定值是20°C。那么它在10°C的时候会输出100%，在15°C的时候会输出50%，在19°C的时候输出10％，注意在误差是0的时候，控制器的输出也是0。
• 积分 - 来控制过去，将误差值过去一段时间和（误差和）乘以一个正值的常数I。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会震荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个PID回路系统会在预定值稳定下来。
• 微分 - 来控制将来，计算误差的一阶导，并和一个正值的常数D相乘。这个导数的控制会对系统的改变作出反应。导数的结果越大，那么控制系统就对输出结果作出更快速的反应。这个D参数也是PID被称为可预测的控制器的原因。D参数对减少控制器短期的改变很有帮助。一些实际中的速度缓慢的系统可以不需要D参数。
  

用更专业的话来讲，一个PID控制器可以被称作一个在频域系统的滤波器。这一点在计算它是否会最终达到稳定结果时很有用。如果数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能永远无法达到预设值。
PID控制器的一般转移函数是：
,其中C是一个取决于系统带宽的常数

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作者: drore    时间: 2014-3-25 17:02
还是比较难懂的

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作者: 爵爷    时间: 2014-3-25 17:20
高端大气

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作者: evan2048    时间: 2014-3-25 17:28
不懂。。

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作者: evan2048    时间: 2014-3-25 17:30
看了2遍稍微懂点

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作者: szhcs    时间: 2014-3-25 19:07
建议再看看我这个帖子，更直观的理解。下载模拟器自己试试看，PID各自的作用
http://bbs.5imx.com/bbs/forum.ph ... d=891184&extra=

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作者: hk5588    时间: 2014-3-25 20:42
看不懂

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作者: 揍死盾    时间: 2014-3-25 20:48
看懂了基本原理，微分和积分表示无法全部理解

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作者: 199sw5332    时间: 2014-3-25 20:54
这个貌似是从哪里直接复制过来的……还是比较难懂

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作者: benniewang    时间: 2014-3-25 23:12
负反馈，最终实现动态平衡。

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作者: jozx    时间: 2014-3-25 23:39
看了更加不明白了

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作者: ZeroMile    时间: 2014-3-26 00:43
不懂。还是感谢！

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作者: persever    时间: 2014-3-26 02:28
嗯，“当前，过去，将来”这个形容不错，对PID又有了一个更深的理解，谢谢楼主

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作者: WE72728    时间: 2014-3-28 03:57

谢谢分享

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作者: superzhengyi    时间: 2014-3-28 23:20
什么是PID—一种通俗易懂的讲解控制模型：你控制一个人让他以PID控制的方式走110步后停下。

（1）P比例控制，就是让他走110步，他按照一定的步伐走到一百零几步（如108步）或100多步（如112步）就停了。; N2 w3 S% s. _% A
P比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差.

（2）PI积分控制，就是他按照一定的步伐走到112步然后回头接着走，走到108步位置时，然后又回头向110步位置走。在110步位置处来回晃几次，最后停在110步的位置

说明:在积分I控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）PD微分控制，就是他按照一定的步伐走到一百零几步后，再慢慢地向110步的位置靠近，如果最后能精确停在110步的位置，就是无静差控制；如果停在110步附近（如109步或111步位置），就是有静差控制

说明：在微分控制D中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例P”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势。这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例P+微分D（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

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作者: kexunjia    时间: 2014-5-31 17:20
回去得学数学了，，，很多看不懂啊。。。。诶，，，还是谢谢lz，虽然很多看不懂，还是学到不少东西，谢谢！

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作者: luyonghui    时间: 2014-6-29 07:55


我只想知道p的大小会给飞机带来什么现象，i大小会给飞机造成什么影响，d的大小对飞机的影响，调大飞机怎样，调小飞机怎样，就像遥控设备，我只要知道动哪个摇杆，哪个通道有相应动作就行，难道我还要去了解电路是怎样震荡的，怎样产生多少微秒的脉冲，动摇杆改变了占空比……。看不懂

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作者: fchn963    时间: 2014-6-29 15:10
学习学习学习学习

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作者: wesker小威    时间: 2014-6-29 15:35
讲得很专业，赞一个。

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作者: fghrxjdnss    时间: 2014-6-29 16:57
学知识帖子，顶起

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作者: 盗版段子    时间: 2014-6-29 18:06
玩玩而已嘛  不得需要博士学位吧

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作者: wowjl    时间: 2015-3-9 16:28
我也会康错V

PID是英文单词比例（Proportion），积分（Integral），微分（Differential coefficient）的缩写。PID调节实际上是由比例、积分、微分三种调节方式组成，它们各自的作用如下： 　　
比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 　　
积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 　　
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强 的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。

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作者: wowjl    时间: 2015-3-9 16:40


不用一分钟，就一句话：

P是纠偏大小，D是误差预测，I是误差总结

纠偏过了就自激


预测过了就过敏


总结过了就发呆

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作者: cjn125439930    时间: 2015-3-10 09:43
不错，收了

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