改进初学者的PID-正反作用

　　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-direction/

 

1、问题所在

　　将PID连接过程分为两组：直接作用和反向作用。到目前为止，我所展示的所有例子都是直接行动。也就是说，输出的增加会导致输入的增加。对于反向作用过程，情况正好相反。例如，在冰箱中，冷却水的增加会导致温度下降。要使初学者 PID 使用反向过程，kp、ki 和 kp 的符号都必须为负数。

这本身不是问题，但用户必须选择正确的符号，并确保所有参数都具有相同的符号。

2、解决方案

　　为了让这个过程简单一点，我要求 kp、ki 和 kp 都是大于等于0的。如果用户连接到反向进程，则使用SetControllerDirection函数指定反向进程。这可以确保所有参数都具有相同的符号，并使事情操作起来更直观。

3、代码

  1 /*working variables*/
  2 unsigned long lastTime;
  3 double Input，Output，Setpoint;
  4 double ITerm，lastInput;
  5 double kp，ki，kd;
  6 int SampleTime = 1000; //1 sec
  7 double outMin，outMax;
  8 bool inAuto = false;
  9  
 10 #define MANUAL 0
 11 #define AUTOMATIC 1
 12  
 13 #define DIRECT 0
 14 #define REVERSE 1
 15 int controllerDirection = DIRECT;
 16  
 17 void Compute()
 18 {
 19    if(!inAuto) return;
 20    unsigned long now = millis();
 21    int timeChange = (now - lastTime);
 22    if(timeChange>=SampleTime)
 23    {
 24       /*Compute all the working error variables*/
 25       double error = Setpoint - Input;
 26       ITerm+= (ki * error);
 27       if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;
 28       else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;
 29       double dInput = (Input - lastInput);
 30  
 31       /*Compute PID Output*/
 32       Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;
 33       if(Output > outMax) Output = outMax;
 34       else if(Output < outMin) Output = outMin;
 35  
 36       /*Remember some variables for next time*/
 37       lastInput = Input;
 38       lastTime = now;
 39    }
 40 }
 41  
 42 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
 43 {
 44    if (Kp<0 || Ki<0|| Kd<0) return;
 45  
 46   double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;
 47    kp = Kp;
 48    ki = Ki * SampleTimeInSec;
 49    kd = Kd / SampleTimeInSec;
 50  
 51   if(controllerDirection ==REVERSE)
 52    {
 53       kp = (0 - kp);
 54       ki = (0 - ki);
 55       kd = (0 - kd);
 56    }
 57 }
 58  
 59 void SetSampleTime(int NewSampleTime)
 60 {
 61    if (NewSampleTime > 0)
 62    {
 63       double ratio  = (double)NewSampleTime
 64                       / (double)SampleTime;
 65       ki *= ratio;
 66       kd /= ratio;
 67       SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;
 68    }
 69 }
 70  
 71 void SetOutputLimits(double Min，double Max)
 72 {
 73    if(Min > Max) return;
 74    outMin = Min;
 75    outMax = Max;
 76  
 77    if(Output > outMax) Output = outMax;
 78    else if(Output < outMin) Output = outMin;
 79  
 80    if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;
 81    else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;
 82 }
 83  
 84 void SetMode(int Mode)
 85 {
 86     bool newAuto = (Mode == AUTOMATIC);
 87     if(newAuto == !inAuto)
 88     {  /*we just went from manual to auto*/
 89         Initialize();
 90     }
 91     inAuto = newAuto;
 92 }
 93  
 94 void Initialize()
 95 {
 96    lastInput = Input;
 97    ITerm = Output;
 98    if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;
 99    else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;
100 }
101  
102 void SetControllerDirection(int Direction)
103 {
104    controllerDirection = Direction;
105 }

4、PID 完成

　　差不多结束了。我们已经把“初学者的PID”变成了我目前知道的最健壮的控制器。对于那些正在寻找PID库的详细解释的读者，我希望您得到了您想要的。对于那些正在编写自己的PID的人，我希望您能够收集到一些想法，这些想法可以为您节省一些时间。

最后说明两点：

  1. 如果这个系列中的东西看起来不对，请告诉我。我可能错过了什么，或者可能只需要在我的解释中更清楚。无论哪种方式，我都想知道。
  2. 这只是一个基本的PID。为了简单起见，我有意省略了许多其他问题。在我的脑海中：前馈，重置平铺，整数数学，不同的PID形式，使用速度而不是位置。如果有兴趣让我探讨这些话题，请让我知道。

欢迎关注：

posted @ 2019-09-15 18:45  Moonan  阅读(2722)  评论(0)  编辑  收藏  举报