飞思卡尔小车PID控制通俗理解.pdfVIP

很多同学都不清楚 PID 是个什么东西，因为很多不是自动化的学生。他们开口就要资料， 要程序。这是明显的学习方法不对，起码，首先，你要理解PID 是个什么东西。 本文以通俗的理解，以小车纵向控制举例说明PID 的一些理解。 首先，为什么要做PID？由于外界原因，小车的实际速度有时不稳定，这是其一，要让小车 以最快的时间达达到既定的目标速度，这是其二。速度控制系统是闭环，才能满足整个系统 的稳定要求，必竟速度是系统参数之一，这是其三. 小车调速肯定不是线性的，外界因素那么多，没人能证明是线性的。如果是线性的，直接 用 P 就可以了。比如在 PWM=60%时，速度是2M/S，那么你要它3M/S，就把 PWM 提 高到90%。因为90/60=3/2，这样一来太完美了。完美是不可能的。 那么不是线性的，要怎么怎么控制PWM 使速度达到即定的速度呢？即要快，又要准， 又要狠。（即快准狠）系统这个速度的调整过程就必须通过某个算法调整，一般PID 就是这 个所用的算法。 可能你会想到，如果通过编码器测得现在的速度是2.0m/s,要达到2.3m/s 的速度，那 么我把pwm 增大一点不就行了吗？是的，增大pwm 多少呢？必须要通过算法，因为PWM 和速度是个什么关系，对于整个系统来说，谁也不知道。要一点一点的试，加个1%,不够， 再加1%还是不够，那么第三次你还会加1%吗？很有可能就加2%了。通过PID 三个参数 得到一个表达式：△ PWM=a *△V1+b *△V2+c *△V3,a b c 是通过PID 的那个长长的 公式展开，然后约简后的数字，△V1 ，△V2 ，△V3 此前第一次调整后的速度差 ,第二 次调整后的速度差,第三次。。。。。一句话，PID 要使当前速度达到目标速度最快，需要建立 如何调整pwm 和速度之间的关系。 输入输出是什么： 输入就是前次速度，前前次速度，前前前次速度。 输出就是你的 PWM 应该增加或减小多少。 为了避免教科书公式化的说明，本文用口语化和通俗的语言描 述。虽然不一定恰当，但意思差不多，就是那个事。如果要彻头彻尾 地弄PID，建议多调试，写几个仿真程序。 PID 一般有两种：位置式PID 和增量式PID 。在小车里一般用 增量式，为什么呢？位置式PID 的输出与过去的所有状态有关，计算 时要对e （每一次的控制误差）进行累加，这个计算量非常大，而明 没有必要。而且小车的PID 控制器的输出并不是绝对数值，而是一个 △，代表增多少，减多少。换句话说，通过增量PID 算法，每次输出 是PWM 要增加多少或者减小多少，而不是PWM 的实际值。 下面均以增量式PID 说明。 这里再说一下P、I、D 三个参数的作用。P=Proportion，比例的意 思，I 是Integral，积分，D 是Differential 微分。 打个比方，如果现在的输出是1，目标输出是100，那么P 的作用 是以最快的速度达到100，把P 理解为一个系数即可；而I 呢？大家 学过高数的，0的积分才能是一个常数，I 就是使误差为0而起调和作 用；D 呢？大家都知道微分是求导数，导数代表切线是吧，切线的方 向就是最快到至高点的方向。这样理解，最快获得最优解，那么微分 就是加快调节过程的作用了。 公式本来需要推导的，我就不来这一套了。直接贴出来： 看看最后的结果： △Uk=A*e(k)+B*e(k-1)+C*e(k-2) 这里KP 是P 的值，TD 是D 的值，1/Ti 是I 的值，都是常数，哦， 还有一个T，T 是采样周期，也是已知。而A B C 是由P I D 换算 来的，按这个公式，就可以简化计算量了，因为P I D 是常数，那 么A B C 可以用一个宏表示。这样看来，只需要求e(k) e(k-1) e(k-2)就可以知道△Uk 的值了，按照△Uk 来调节 PWM 的大小就 OK 了。PID 三个参数的确定有很多方法，不在本文讨论范围内。 采样周期也是有据可依的，不能太大，也不能太小。 PID 实际编程的过程的，要注意的东西还是有几点的。PID 这东西可以做得很深。 1 PID 的诊定。凑试法，临界比例法，经验法。 2 T 的确定，采样周期应远小于过程的扰动信号的周期，在小车程序中一般是ms 级别。 3 目标速度何时赋值问题，如何更新新的目标速度?这个问题一般的人都乎略了。目标速度 肯定不是个恒定的，那么何时改变目标速度呢？ 4