重新理解PID控制 重新理解pid控制方法

应用场景,过程控制,如温度控制 压力控制 流量控制 平衡车 机器人等

1.什么是PID控制？

一种闭环定量控制算法 。

控制方式一般是 PWM（脉宽控制）AO（数模控制）通讯。

下来用温度控制举例

2.控制框架 ：采用闭环控制系统。

闭环系统：闭环系统就是带反馈的控制，如我让小明帮忙做事，小明会把做事的进度会及时告诉我。

拓展开环系统：就是不带反馈的系统。如我让小明帮忙做事，我只负责吩咐下去，不问进度，也没主动告诉我进度。

3.接下来 ，我用泡茶说明

我现在要泡枸杞茶 假设要恒定75摄氏度

我们约定一下： 差值=设定值-当前值

按常理来说 我们接上电源直接烧水到达75摄氏度时 ，断开电源即可。我们来分析这个案例 用的就是差值>0就输出的方式来控制。这就相当于 差值>0就输出。我们一般用这个方式，先进入稳态。（进入目标值偏差值范围）

好的 我们用控制器实现以下

首先我们要知道 ，控制器必须要知道当前的温度 ，就像我们眼睛看到仪表的温度值 ，然后告诉大脑 以决定是否断开电源。其实就是模拟人的一个思维。

我们知道温度是一个连续变化的值，专业术语叫做模拟量。

4.接下来我们讲讲纯P比例控制,有的地方比例也叫增益。

输出=比例系数*差值

差值=设定值-当前值

比如说我们现在设置比例系数为100

我们看下上面的简易表 差值1输出100% 差值2输出差值200% 差值3输出300% 这样一看200%和300%是什么鬼 ？实际没有任何意义所以我们的Kp设置很大有温差就很大的PWM值输出温度过冲严重

比如说我们现在设置比例系数为0.1

我们看下上面的简易表 ，差值1输出0.1%，差值2输出0.2% ，差值3输出0.3% ，这样一看0.1% 0.2% 0.3%输出PWM值太小。不足以加热 ，实际没有任何意义所以我们的Kp比例设置很小，虽然有温差但是PWM百分比值很小，温度加不起来。

为何举极限的例子 只是用来说明比例系数就是一个放大系数 设太大或太小都不行。所以实际根据实际控制环境来填合适的放大系数 我相信当你知道原理后就知道怎么调试了吧。

P值很大，响应很快，加温能力强。 P值很小，响应慢，加温能力弱 。水温控制经验2%-10%左右根据实际现象及加热功率决定值。

但是，在水加热的时候刚开始升温斜率还可以，但是快接近目标值时越来越慢。

为什么呢 假如现在温差50度 P值等于10就意味着100%输出，但是现在温度73度温差值是2度那么P值等于10时意味着20%的能力加热不足以很快到达75度，现在栋哥很着急啊,喝不到枸杞茶怎么办呢？

我们采用 先最大值加热快接近目标值的时候，再开始进行P值运算。 这时候P值我们相对可以相对设大一点实现控温。

5.接下来发现 我想让它稳定在75度很难。为什么？因为当温差等于0时，你P值再大乘以0输出还是0 。所以我们这时候要给个补偿值 用来抵消环境带来的降温。即使我现在输出是0但是我补偿个20%输出 结果保持温度效果好多了。

这个算法就是 ，先进入稳态后 输出=比例系数*差值+补偿值

但是用补偿值很难试出来能不能根据历史加温情况自动补偿？

我们引入I积分概念来实现 PI模型

积分计算进入稳态后开始计算，偏差之和再除以采样积分时间，再乘以积分系数 ，实现根据历史偏差情况输出补偿值。

这个算法就是 ，先进入稳态后 ，输出=比例系数*差值+补偿值 +积分系数*（∑(偏差之和)/积分时间）

这样控制就很稳了，就在我准备接热水泡枸杞茶时。

6.这时隔壁老王给我的热水泼了一些冷水，突然狂降温，外界引起失控。

为了不让老王得逞 我们加入微分计算。也就是用偏差之差来计算。

比如我现在系统稳定了因为PI在起作用，但是发现差值突然越来越大， 也就是最近一个偏差大于上一个偏差意味着失控。然后微分环节起作用

那么算法就是，先进入稳态后，输出=比例系数*差值+补偿值 +积分系数*（∑(偏差之和)/积分时间）+微分系数*（最近偏差-上一次偏差）

注意：当微分为负值时起到一个抑制作用，当为正值时起面对突发情况。不要提前抑制功能可以自己逻辑判断大于0起作用，就可只处理突发状况，网上有PID公式原理类似。

不同控制PID算法不一样，请实际灵活应用。就在微分起作用后水快速烧到75度后。

栋哥以为枸杞茶终于可以喝到嘴了。这时隔壁老王使出了绝招 ，给我断电....

8.积分作用在控温环节 ，加温或者目标值改变就不是控温环节。

相信大家知道原理后知道怎么调节了吧，不论是PLC单片机C#上位机等都可以自己手写PID，注意有的PLC开放的积分I是积分时间，做分母，作用是相反的，这个时候你要想积分环节作用弱，把I积分时间调到最大。

加温环节和控温环节的比例和积分可以不一样。