啥是PID?
PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。PID已经有107年的历史了。
它并不是什么很神圣的东西,大家一定都见过PID的实际应用。
比如四轴飞行器,再比如平衡小车......还有汽车的定速巡航、3D打印机上的温度控制器....
就是类似于这种:需要将某一个物理量“保持稳定”的场合(比如维持平衡,稳定温度、转速等),PID都会派上大用场。
那么问题来了:
比如,我想控制一个“热得快”,让一锅水的温度保持在50℃,这么简单的任务,为啥要用到微积分的理论呢。
你一定在想:
这不是so easy嘛~ 小于50度就让它加热,大于50度就断电,不就行了?几行代码用Arduino分分钟写出来。
我们先只说PID控制器的三个最基本的参数:kP,kI,kD。
kP
P就是比例的意思。它的作用最明显,原理也最简单。我们先说这个:
需要控制的量,比如水温,有它现在的『当前值』,也有我们期望的『目标值』。
你心里设想一个弹簧:现在在平衡位置上。拉它一下,然后松手。这时它会震荡起来。因为阻力很小,它可能会震荡很长时间,才会重新停在平衡位置。
请想象一下:要是把上图所示的系统浸没在水里,同样拉它一下 :这种情况下,重新停在平衡位置的时间就短得多。
我们需要一个控制作用,让被控制的物理量的“变化速度”趋于0,即类似于“阻尼”的作用。
因为,当比较接近目标时,P的控制作用就比较小了。越接近目标,P的作用越温柔。有很多内在的或者外部的因素,使控制量发生小范围的摆动。
D的作用就是让物理量的速度趋于0,只要什么时候,这个量具有了速度,D就向相反的方向用力,尽力刹住这个变化。
kD参数越大,向速度相反方向刹车的力道就越强。
如果是平衡小车,加上P和D两种控制作用,如果参数调节合适,它应该可以站起来了~欢呼吧。
等等,PID三兄弟好像还有一位。看起来PD就可以让物理量保持稳定,那还要I干嘛?
因为我们忽视了一种重要的情况:
kI
还是以热水为例。假如有个人把我们的加热装置带到了非常冷的地方,开始烧水了。需要烧到50℃。
在P的作用下,水温慢慢升高。直到升高到45℃时,他发现了一个不好的事情:天气太冷,水散热的速度,和P控制的加热的速度相等了。
这可怎么办?
没错~在要求不高的情况下,确实可以这么干~ But!如果换一种说法,你就知道问题出在哪里了: 如果我的控制对象是一辆汽车呢? 要是希望汽车的车速保持在50km/h不动,你还敢这样干么。 设想一下,假如汽车的定速巡航电脑在某一时间测到车速是45km/h。它立刻命令发动机:加速! 结果,发动机那边突然来了个100%全油门,嗡的一下,汽车急加速到了60km/h。 这时电脑又发出命令:刹车! 结果,吱...............哇............(乘客吐) 所以,在大多数场合中,用“开关量”来控制一个物理量,就显得比较简单粗暴了。有时候,是无法保持稳定的。因为单片机、传感器不是无限快的,采集、控制需要时间。 而且,控制对象具有惯性。比如你将一个加热器拔掉,它的“余热”(即热惯性)可能还会使水温继续升高一小会。 这时,就需要一种『算法』:
-
它可以将需要控制的物理量带到目标附近
-
它可以“预见”这个量的变化趋势
-
它也可以消除因为散热、阻力等因素造成的静态误差
-
....
![a27edce4-381d-11ee-9e74-dac502259ad0.gif](https://file1.elecfans.com//web2/M00/9F/C9/wKgZomToQj6AB-_qAAZFqfr9QMo834.gif)
-
当两者差距不大时,就让加热器“轻轻地”加热一下。
-
要是因为某些原因,温度降低了很多,就让加热器“稍稍用力”加热一下。
-
要是当前温度比目标温度低得多,就让加热器“开足马力”加热,尽快让水温到达目标附近。
![a2aaa8ce-381d-11ee-9e74-dac502259ad0.gif](https://file1.elecfans.com//web2/M00/9F/C9/wKgZomToQj6AanSBAADAgl8CBhc933.gif)
-
P兄这样想:我和目标已经很近了,只需要轻轻加热就可以了。
-
D兄这样想:加热和散热相等,温度没有波动,我好像不用调整什么。
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。
举报投诉
-
单片机
+关注
关注
6011文章
44153浏览量
624291 -
PID
+关注
关注
35文章
1453浏览量
84302 -
温度控制器
+关注
关注
1文章
173浏览量
33625
原文标题:讲个故事告诉你PID到底是啥
文章出处:【微信号:单片机与嵌入式,微信公众号:单片机与嵌入式】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
发布评论请先 登录
相关推荐
看教程的例子里面有一个数组到底是什么类型的呀,大家帮我看看
这个输入的数组到底是什么类型,怎么有数字量,也有字符串,有不是簇把,前面还有引索。到底是个啥东西,找也找不到,怎么创建呀。
发表于 07-14 10:47
PID算法比例控制出现稳态误差
学习PID过程中对只有P控制会出现稳态误差这个问题很疑惑,但是在网上没有找到关于稳态误差的解释,只是说了有稳态误差,没有说稳态误差到底是个什么过程(犹如只告诉你数学公式,不
发表于 05-15 05:51
【资料分享】电机PID实验--一文让你看透PID
在对无人机,平衡车,智能车,倒立摆的学习过程中,我们可以常常听到一个比较常见的词-PID,那么PID到底是什么呢,到底它有什么作用呢?在这篇文章中我制作了一个基本的电机控制器,来探究
发表于 06-29 07:07
PID到底是什么
了解PID1、所谓PID指的是Proportion-Integral-Differential。翻译成中文是比例P-积分I-微分D。记住两句话:1、PID是经典控制(使用年代久远)2、PID
发表于 01-14 07:47
什么是PID?给你讲个通俗易懂的故事
啥是 PID? PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。PID 已经有 107 年的历史了。 它并不是
彻底搞懂PID到底是啥
先来彻底搞懂PID到底是啥? PID,就是比例(proportional)、积分(integral)、微分(differential),是一种很常见的控制算法。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制
什么是PID?给你讲个故事,通俗易懂!资料下载
电子发烧友网为你提供什么是PID?给你讲个故事,通俗易懂!资料下载的电子资料下载,更有其他相关的电路图、源代码、课件教程、中文资料、英文资料、参考设计、用户指南、解决方案等资料,希望可以帮助到广大的电子工程师们。
发表于 04-24 08:43
•9次下载
![什么是<b class='flag-5'>PID</b>?给你<b class='flag-5'>讲个</b><b class='flag-5'>故事</b>,通俗易懂!资料下载](https://file.elecfans.com/web1/M00/D9/4E/pIYBAF_1ac2Ac0EEAABDkS1IP1s689.png)
PID到底是个啥?讲个故事告诉你
PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。
发表于 06-01 10:11
•340次阅读
![<b class='flag-5'>PID</b><b class='flag-5'>到底是</b>个啥?<b class='flag-5'>讲个</b><b class='flag-5'>故事</b><b class='flag-5'>告诉</b>你](https://file1.elecfans.com/web2/M00/89/0F/wKgZomR3_sSAXHaSAAAH5ZZ2feQ119.gif)
什么是PID?讲个故事,秒懂!
啥是PID?用术语来说,PID的英文全称为“ProcessIdentifier”,它属于电工电子类技术术语,是比例、积分、微分的简称。PID控制的难点不是编程,而是控制器的参数整定。参数整定的关键是
![什么是<b class='flag-5'>PID</b>?<b class='flag-5'>讲个</b><b class='flag-5'>故事</b>,秒懂!](https://file.elecfans.com/web2/M00/40/03/pYYBAGJrSWqAb-nSAAAXmKtCFeo833.jpg)
PID到底是个什么?举个例子告诉你
什么是PID?PID,就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”,是一种很常见的控制算法。PID已经有107年的历史了。它并不是什么很神圣的东西
![<b class='flag-5'>PID</b><b class='flag-5'>到底是</b>个什么?举个例子<b class='flag-5'>告诉</b>你](https://file.elecfans.com/web2/M00/1A/0E/pYYBAGF4-lOAaXJ9AABBEXgCq2s794.jpg)
评论