PID控制器说明


9

我还没有找到用简单的语言解释PID控制器的文本。我知道这一理论:它计算出微分,比例增益和积分等,但实际上我需要知道每个函数和每个函数组合的输出是什么。

例如,从比例开始:它发送与记录的误差成比例的输入。因此,如果误差为5 V,是否可以通过减小?或?或还是什么?我不明白1个25 V1个55 V-1个55 V

至于衍生工具,它在特定时间监控衍生工具?然后呢?另外,如果开始时有噪音/干扰,那么PID控制器将没有正常的使用变化率进行比较怎么办?与积分相同。您能指点我一个好的资源还是请给我解释?

Answers:


11

大多数人每天使用的PID功能是手眼协调来操纵汽车或自行车。您的眼睛是输入,方向盘/车把的角度是输出。设定点通常是车道的中心(直到鹿跳出来或狗追着你)。 在执行此任务时,


您的思维必须不断考虑3个不同的因素。它对每个因素的重视程度基于过去的经验,在PID世界中称为“调整”。

比例: “我距离车道中心很远,我应该向后转。”
自然,如果我离我较远,我想比离我很近的地方转弯更快。这将使我能够及时回到车道中心。

导数: “我最好不要只是在那个方向上拉动车轮/把手,否则我会过度校正,滚动和碰撞。”
您可能会陷入困境,但是您的驾驶经验告诉您,如果您急转弯,事情将会非常迅速地发生变化,并且您需要减少转弯的幅度,以防止过度拍摄设定点和进入交通状况。

积分: “风不断将我推向道路的边缘,我必须转弯以保持崎coarse不平。”
您距离车道的中心很近,但并不完全位于您想要的位置。比例很小,因为您距离很近,而导数很小,因为您变化不是很快。积分是一个词,它会说:“嘿,我知道我们进展不大,但是我们已经离开了很长一段时间;我们如何迎风而上,才能保持我们的设定值。”

PID并不完美,您的操纵能力实际上比标准PID好得多。您足够聪明,可以意识到当风消失时(由于某种未知的原因),您将积分项归零,并且在等待风回来时不会走入相反的交通。在操作过程中,人类还可以通过考虑其他输入(例如加速度和物理量)进行自我调整,而大多数机器/计算机目前尚无法做到这一点。


谢谢很好的解释。综上所述,比例校正将是理想的选择,但它具有以下缺点:它无法应对惯性,无法应对外部噪声。这就是为什么我们需要D来应付惯性,而我需要I来应付噪音。这是一个很好的总结吗?我想念什么吗?
ergon

如果您需要很长时间才能达到比例,则效果很好。只需将其调至阻尼,即可正常工作。积分可确保我们在接近但不完全达到设定的真实点时达到目标。当我们想快速达到设定点时,导数最重要。将比例设置为更具侵略性,然后使用导数减少过冲;不仅可以抵消惯性,还可以抵消输出(方向盘的角度)。
ericnutsch

PID不知道系统@ergon。那就是PID的美,也是其最大的失败。它无法预见事物,只能做出反应。在实践中,导数实际上有点困难,因为它的测量方式常常使噪声很大。它主要抵消大P值。
joojaa

9

用直觉的术语来说,我发现以下解释很有用。

为了争辩,可以说我们的系统是用一个水龙头在水桶里装一个孔。我们测量水桶中的水深,并通过水龙头控制水的流量。我们希望尽快填充存储桶,但不希望其溢出。

比例元素是一个长度单位,在这种情况下,水在桶的高度,这是的降压怎么全是在给定时间一个有用的措施,但它并没有告诉我们它是如何迅速的时候,我们填补如此请注意,水龙头已经装满,关闭水龙头可能为时已晚,或者如果我们将水龙头装满得太慢,水从孔中漏出的速度将比装满水的速度快,并且永远不会装满。

从表面上看,这种声音本身应该就足够了,在某些情况下是足够的,但是当系统本身固有地不稳定(例如倒立的钟摆或喷气式战斗机)以及测量误差与误差之间的滞后时,这种声音就会崩溃。与外部噪声引起的扰动速率相比,输入产生的效果要慢。

所述衍生物元件是水位的变化率。当我们想尽快加满水桶时,这特别有用,例如,我们可能会在开始时将水龙头打开到尽头,以便快速加水,但一旦水位接近顶部,便将其关闭一点,所以我们可以更精确一点,而不是过度填充。

积分元件是水的总体积加入桶中。如果桶有直边,则没关系,因为桶以与水流量成比例的速度填充,但是如果桶有锥形或弯曲边,则桶中的水量会开始影响到水位变化。更一般地说,因为这是一个整数,所以随着时间的推移会累积,因此,如果P和D元素的校正不足,例如通过将铲斗保持在半满状态,则会产生更大的响应。

另一种看待此问题的方式是,积分是对一段时间内累积误差的一种度量,可以有效地检查控制策略在达到预期结果方面的有效性,并能够根据系统的实际行为来修改输入经过一段时间。

因此总而言之:

P(比例)元素与您要控制的变量成比例(例如简单的恒温器)

D(微分)元素与该变量的变化率成正比

(积分)元素可能是最难理解的,但通常与您的P参数测量的数量有关,这将是诸如体积,质量,电荷,能量等的累积数量。


我在任何地方都能找到的惊人答案和最佳解释。但是还有两个问题:1.如何调整参数?自动还是其他?如果只是一个参数,我隐约看到如何将其向上或向下微调,例如在算法上最终达到一个稳定值。2.从某种意义上说,如果要改变环境的性质,则该值本身会导致需要PID系统。例如,如果要更换铲斗或水龙头,如何设置参数以最有效地进行调节?我希望这不是问太多,也许它需要一个或两个单独的问题?
2016年

真正地调整参数取决于您首先如何对系统建模。您可以使用Laplace变换在数学上做到这一点,该变换对系统响应的频率进行建模,即将其视为质量/弹簧/阻尼器系统。或者,您也可以只是一个物理系统,在其中可以调整实际的刻度盘和旋钮。在实践中,这可能最终两者兼而有之,数学模型为您提供了一个合理的起点,您可以根据实际行为对其进行微调。
克里斯·约翰斯

@Jodes实际上在实际系统中有许多行为无法通过建模预先了解。
joojaa

4

PID控制器使用调整参数来调整响应。

根据PID控制方程式:

在此处输入图片说明

三个K下标项是调节参数,并且PID控制器输出的每个项都有一个:比例,积分和微分。

因此,例如,当误差为+ 5V且Kp为0.3时,输出将为1.5V。对于积分和微分项也是如此。

实际上,这些参数是通过实验确定的。所述齐格勒-尼(PDF)调谐方法是用于在工业上是非常流行的一个简单的启发式算法。

如今,大多数现成的PID控制器和PLC功能都具有内置调节功能。

希望有帮助!

By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.