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何为PID以及为何需要PID?

传感器技术 2020-11-12 14:35 次阅读

PID的数学模型

在工业应用中PID及其衍生算法是应用最广泛的算法之一,是当之无愧的万能算法,如果能够熟练掌握PID算法的设计与实现过程,对于一般的研发人员来讲,应该是足够应对一般研发问题了,而难能可贵的是,在很多控制算法当中,PID控制算法又是最简单,最能体现反馈思想的控制算法,可谓经典中的经典。经典的未必是复杂的,经典的东西常常是简单的,而且是最简单的。PID算法的一般形式:

PID算法通过误差信号控制被控量,而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。这里我们规定(在t时刻):
1.输入量为

2.输出量为

3.偏差量为


PID算法的数字离散化

假设采样间隔为T,则在第K个T时刻:

偏差=

积分环节用加和的形式表示,即

微分环节用斜率的形式表示,即

PID算法离散化后的式子:

则可表示成为:

其中式中:

比例参数:控制器的输出与输入偏差值成比例关系。系统一旦出现偏差,比例调节立即产生调节作用以减少偏差。特点:过程简单快速、比例作用大,可以加快调节,减小误差;但是使系统稳定性下降,造成不稳定,有余差。

积分参数:积分环节主要是用来消除静差,所谓静差,就是系统稳定后输出值和设定值之间的差值,积分环节实际上就是偏差累计的过程,把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造成的静差。

微分参数:微分信号则反应了偏差信号的变化规律,或者说是变化趋势,根据偏差信号的变化趋势来进行超前调节,从而增加了系统的快速性。

PID的基本离散表示形式如上。目前的这种表述形式属于位置型PID,另外一种表述方式为增量式PID,由上述表达式可以轻易得到:

那么:

上式就是离散化PID的增量式表示方式,由公式可以看出,增量式的表达结果和最近三次的偏差有关,这样就大大提高了系统的稳定性。需要注意的是最终的输出结果应该为:输出量=+增量调节值

目的

PID的重要性应该无需多说了,这个控制领域的应用最广泛的算法了.本篇文章的目的是希望通过一个例子展示算法过程,并解释以下概念:

(1)简单描述何为PID,为何需要PID,PID能达到什么作用。

(2)理解P(比例环节)作用:基础比例环节。

缺点:产生稳态误差.

疑问:何为稳态误差为什么会产生稳态误差.

(3)理解I(积分环节)作用:消除稳态误差.

缺点:增加超调

疑问:积分为何能消除稳态误差?

(4)理解D(微分环节)作用:加大惯性响应速度,减弱超调趋势

疑问:为何能减弱超调

(5)理解各个比例系数的作用


何为PID以及为何需要PID?

以下即PID控制的整体框图,过程描述为:

设定一个输出目标,反馈系统传回输出值,如与目标不一致,则存在一个误差,PID根据此误差调整输入值,直至输出达到设定值.

疑问:

那么我们为什么需要PID呢,比如我控制温度,我不能监控温度值,温度值一到就停止吗?

这里必须要先说下我们的目标,因为我们所有的控制无非就是想输出能够达到我们的设定,即如果我们设定了一个目标温度值,那么我们想要一个什么样的温度变化呢.

比如设定目标温度为30度,目标无非是希望达到图1希望其能够快速而且没有抖动的达到30度.

那这样大家应该就明白,如果使用温度一到就停止的办法,当然如果要求不高可能也行,当肯定达不到图1这样的要求,因为温度到了后余温也会让温度继续升高.而且温度自身也会通过空气散热的.

图系统输出的响应目标

综上所述,我们需要PID的原因无非就是普通控制手段没有办法使输出快速稳定的到达设定值。

控制器的P,I,D项选择

下面将常用的各种控制规律的控制特点简单归纳一下:

(1)、比例控制规律P:采用P控制规律能较快地克服扰动的影响,它的作用于输出值较快,但不能很好稳定在一个理想的数值,不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响,但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。如:金彪公用工程部下设的水泵房冷、热水池水位控制;油泵房中间油罐油位控制等。

(2)、比例积分控制规律(PI):在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差,它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。如:在主线窑头重油换向室中F1401到F1419号枪的重油流量控制系统;油泵房供油管流量控制系统;退火窑各区温度调节系统等。

(3)、比例微分控制规律(PD):微分具有超前作用,对于具有容量滞后的控制通道,引入微分参与控制,在微分项设置得当的情况下,对于提高系统的动态性能指标,有着显著效果。因此,对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合,为了提高系统的稳定性,减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如:加热型温度控制、成分控制。需要说明一点,对于那些纯滞后较大的区域里,微分项是无能为力,而在测量信号有噪声或周期性振动的系统,则也不宜采用微分控制。如:大窑玻璃液位的控制。

(4)、例积分微分控制规律(PID):PID控制规律是一种较理想的控制规律,它在比例的基础上引入积分,可以消除余差,再加入微分作用,又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。

鉴于D规律的作用,我们还必须了解时间滞后的概念,时间滞后包括容量滞后与纯滞后。其中容量滞后通常又包括:测量滞后和传送滞后。测量滞后是检测元件在检测时需要建立一种平衡,如热电偶、热电阻、压力等响应较慢产生的一种滞后。而传送滞后则是在传感器变送器、执行机构等设备产生的一种控制滞后。纯滞后是相对与测量滞后的,在工业上,大多的纯滞后是由于物料传输所致,如:大窑玻璃液位,在投料机动作到核子液位仪检测需要很长的一段时间。

总之,控制规律的选用要根据过程特性和工艺要求来选取,决不是说PID控制规律在任何情况下都具有较好的控制性能,不分场合都采用是不明智的。如果这样做,只会给其它工作增加复杂性,并给参数整定带来困难。当采用PID控制器还达不到工艺要求,则需要考虑其它的控制方案。如串级控制、前馈控制、大滞后控制等。

Kp,Ti,Td三个参数的设定是PID控制算法的关键问题。一般说来编程时只能设定他们的大概数值,并在系统运行时通过反复调试来确定最佳值。因此调试阶段程序须得能随时修改和记忆这三个参数。

数字PID控制器

(1)模拟PID控制规律的离散化

(2)数字PID控制器的差分方程

参数的自整定

在某些应用场合,比如通用仪表行业,系统的工作对象是不确定的,不同的对象就得采用不同的参数值,没法为用户设定参数,就引入参数自整定的概念。实质就是在首次使用时,通过N次测量为新的工作对象寻找一套参数,并记忆下来作为以后工作的依据。具体的整定方法有三种:临界比例度法、衰减曲线法、经验法。

1、临界比例度法(Ziegler-Nichols)

1.1在纯比例作用下,逐渐增加增益至产生等副震荡,根据临界增益和临界周期参数得出PID控制器参数,步骤如下:

(1)将纯比例控制器接入到闭环控制系统中(设置控制器参数积分时间常数Ti=∞,实际微分时间常数Td=0)。

(2)控制器比例增益K设置为最小,加入阶跃扰动(一般是改变控制器的给定值),观察被调量的阶跃响应曲线。

(3)由小到大改变比例增益K,直到闭环系统出现振荡。

(4)系统出现持续等幅振荡时,此时的增益为临界增益(Ku),振荡周期(波峰间的时间)为临界周期(Tu)。

(5)由表1得出PID控制器参数。

表1

1.2采用临界比例度法整定时应注意以下几点:

(1)在采用这种方法获取等幅振荡曲线时,应使控制系统工作在线性区,不要使控制阀出现开、关的极端状态,否则得到的持续振荡曲线可能是“极限循环”,从线性系统概念上说系统早已处于发散振荡了。

(2)由于被控对象特性的不同,按上表求得的控制器参数不一定都能获得满意的结果。对于无自平衡特性的对象,用临界比例度法求得的控制器参数往住使系统响应的衰减率偏大(ψ>0.75)。而对于有自平衡特性的高阶等容对象,用此法整定控制器参数时系统响应衰减率大多偏小(ψ<0.75)。为此,上述求得的控制器参数,应针对具体系统在实际运行过程中进行在线校正。

(3)临界比例度法适用于临界振幅不大、振荡周期较长的过程控制系统,但有些系统从安全性考虑不允许进行稳定边界试验,如锅炉汽包水位控制系统。还有某些时间常数较大的单容对象,用纯比例控制时系统始终是稳定的,对于这些系统也是无法用临界比例度法来进行参数整定的。

(4)只适用于二阶以上的高阶对象,或一阶加纯滞后的对象,否则,在纯比例控制情况下,系统不会出现等幅振荡。

1.3若求出被控对象的静态放大倍数KP=△y/△u,则增益乘积KpKu可视为系统的最大开环增益。通常认为Ziegler-Nichols闭环试验整定法的适用范围为:

(1)当KpKu>20时,应采用更为复杂的控制算法,以求较好的调节效果。

(2)当KpKu< 2时,应使用一些能补偿传输迟延的控制策略。

(3)当1.5
(4)当KpKu< 1.5时,在对控制精度要求不高的场合仍可使用PI控制器,在这种情况下,微分作用已意义不大。

2、衰减曲线法

衰减曲线法与临界比例度法不同的是,闭环设定值扰动试验采用衰减振荡(通常为4:1或10:l),然后利用衰减振荡的试验数据,根据经验公式求取控制器的整定参数。整定步骤如下:

(1)在纯比例控制器下,置比例增益K为较小值,并将系统投入运行。

(2)系统稳定后,作设定值阶跃扰动,观察系统的响应,若系统响应衰减太快,则减小比例增益K;反之,应增大比例增益K。直到系统出现如下图(a)所示的4:1衰减振荡过程,记下此时的比例增益Ks及和振荡周期Ts数值。


(3)利用Ks和Ts值,按下表给出的经验公式,计算出控制器的参数整定值。



(4)10:1衰减曲线法类似,只是用Tr带入计算。

采用衰减曲线法必须注意几点:

(1)加给定干扰不能太大,要根据生产操作要求来定,一般在5%左右,也有例外的情况。

(2)必须在工艺参数稳定的情况下才能加给定干扰,否则得不到正确得整定参数。

(3)对于反应快的系统,如流量、管道压力和小容量的液位调节等,要得到严格的4:1衰减曲线较困难,一般以被调参数来回波动两次达到稳定,就近似地认为达到4:1衰减过程了。

(4)投运时,先将K放在较小的数值,把Ti减少到整定值,把Td逐步放大到整定值,然后把K拉到整定值(如果在K=整定值的条件下很快地把Td放到整定值,控制器的输出会剧烈变化)。

3、经验整定法

3.1方法一A:

(1)确定比例增益

使PID为纯比例调节,输入设定为系统允许最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益逐渐减小至系统振荡消失,记录此时的比例增益,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。

(2)确定积分时间常数

比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大Ti至系统振荡消失。记录此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。

(3)确定积分时间常数Td

积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。若要设定,与确定P和Ti的方法相同,取不振荡时的30%。

(4)系统带载联调,再对PID参数进行微调,直至满足要求。

3.2方法一B:

(1)PI调节

(a)纯比例作用下,把比例度从较大数值逐渐往下降,至开始产生周期振荡(测量值以给定值为中心作有规则得振荡),在产生周期性振荡得情况下,把此比例度逐渐加宽直至系统充分稳定。

(b)接下来把积分时间逐渐缩短至产生振荡,此时表示积分时间过短,应把积分时间稍加延长,直至振荡停止。

(2)PID调节

(a)纯比例作用下寻求起振点。

(b)加大微分时间使振荡停止,接着把比例度调得稍小一些,使振荡又产生,加大微分时间,使振荡再停止,来回这样操作,直至虽加大微分时间,但不能使振荡停止,求得微分时间的最佳值,此时把比例度调得稍大一些直至振荡停止。

(c)把积分时间调成和微分时间相同的数值,如果又产生振荡则加大积分时间直至振荡停止。

3.3方法二:

另一种方法是先从表列范围内取Ti的某个数值,如果需要微分,则取Td=(1/3~1/4)Ti,然后对δ进行试凑,也能较快地达到要求。实践证明,在一定范围内适当地组合δ和Ti的数值,可以得到同样衰减比的曲线,就是说,δ的减少,可以用增加Ti的办法来补偿,而基本上不影响调节过程的质量。所以,这种情况,先确定Ti、Td再确定δ的顺序也是可以的。而且可能更快些。如果曲线仍然不理想,可用Ti、Td再加以适当调整。

3.4方法三:

(1)在实际调试中,也可以先大致设定一个经验值,然后根据调节效果修改。

流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1

压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3

液位系统:P(%)20--80,I(分)1—5

温度系统:P(%)20--60,I(分)3--10,D(分)0.5--3

(2)以下整定的口诀:

阶跃扰动投闭环,参数整定看曲线;先投比例后积分,最后再把微分加;

理想曲线两个波,振幅衰减4比1;比例太强要振荡,积分太强过程长;

动差太大加微分,频率太快微分降;偏离定值回复慢,积分作用再加强。

4、复杂调节系统的参数整定

以串级调节系统为例来说明复杂调节系统的参数整定方法。由于串级调节系统中,有主、副两组参数,各通道及回路间存在着相互联系和影响。改变主、副回路的任一参数,对整个系统都有影响。特别是主、副对象时间常数相差不大时,动态联系密切,整定参数的工作尤其困难。

在整定参数前,先要明确串级调节系统的设计目的。如果主要是保证主参数的调节质量,对副参数要求不高,则整定工作就比较容易;如果主、副参数都要求高,整定工作就比较复杂。下面介绍“先副后主”两步参数整定法。

第一步:在工况稳定情况下,将主回路闭合,把主控制器比例度放在100%,积分时间放在最大,微分时间放在零。用4:1衰减曲线整定副回路,求出副回路得比例增益K2s和振荡周期T2s。

第二步:把副回路看成是主回路的一个环节,使用4:1衰减曲线法整定主回路,求得主控制器K1s和T1s。

根据K1s、K2s、T1s、T2s按表2经验公式算出串级调节系统主、副回路参数。先放上副回路参数,再放上主回路参数,如果得到满意的过渡过程,则整定工作完毕。否则可进行适当调整。

如果主、副对象时间常数相差不大,按4:1衰减曲线法整定,可能出现“共振”危险,这时,可适当减小副回路比例度或积分时间,以达到减少副回路振荡周期的目的。同理,加大主回路比例度或积分时间,以期增大主回路振荡周期,使主、副回路振荡周期之比加大,避免“共振”。这样做的结果会降低调节质量。

如果主、副对象特性太相近,则说明确定的方案欠妥当,就不能完全依靠参数整定来提高调节质量了。

实际应用体会:

一是利用数字PID控制算法调节直流电机的速度,方案是采用光电开关来获得电机的转动产生的脉冲信号,单片机MSP430G2553)通过测量脉冲信号的频率来计算电机的转速(具体测量频率的算法是采用直接测量法,定时1s测量脉冲有多少个,本身的测量误差可以有0.5转加减),测量的转速同给定的转速进行比较产生误差信号,来产生控制信号,控制信号是通过PWM调整占空比也就是调整输出模拟电压来控制的(相当于1位的DA,如果用10位的DA来进行模拟调整呢?效果会不会好很多?),这个实验控制能力有一定的范围,只能在30转/秒和150转/秒之间进行控制,当给定值(程序中给定的速度)高于150时,实际速度只能保持在150转,这也就是此系统的最大控制能力,当给定值低于30转时,直流电机转轴实际是不转动的,但由于误差值过大,转速会迅速变高,然后又会停止转动,就这样循环往复,不能达到控制效果。

根据实测,转速稳态精度在正负3转以内,控制时间为4到5秒。实验只进行到这种程度,思考和分析也只停留在这种深度。

二是利用数字PID控制算法调节直流减速电机的位置,方案是采用与电机同轴转动的精密电位器来测量电机转动的位置和角度,通过测量得到的角度和位置与给定的位置进行比较产生误差信号,然后位置误差信号通过一定关系(此关系纯属根据想象和实验现象来拟定和改善的)转换成PWM信号,作为控制信号的PWM信号是先产生对直流减速电机的模拟电压U,U来控制直流减速电机的力矩(不太清楚),力矩产生加速度,加速度产生速度,速度改变位置,输出量是位置信号,所以之间应该对直流减速电机进行系统建模分析,仿真出直流减速电机的近似系统传递函数,然后根据此函数便可以对PID的参数进行整定了。

两次体会都不是特别清楚PID参数是如何整定的,没有特别清晰的理论指导和实验步骤,对结果的整理和分析也不够及时,导致实验深度和程度都不能达到理想效果。

怎样形象理解PID算法

小明接到这样一个任务:

有一个水缸点漏水(而且漏水的速度还不一定固定不变)要求水面高度维持在某个位置一旦发现水面高度低于要求位置,就要往水缸里加水。

小明接到任务后就一直守在水缸旁边,时间长就觉得无聊,就跑到房里看小说了,每30分钟来检查一次水面高度。水漏得太快,每次小明来检查时,水都快漏完了,离要求的高度相差很远,小明改为每3分钟来检查一次,结果每次来水都没怎么漏,不需要加水,来得太频繁做的是无用功。几次试验后,确定每10分钟来检查一次。这个检查时间就称为采样周期。

开始小明用瓢加水,水龙头离水缸有十几米的距离,经常要跑好几趟才加够水,于是小明又改为用桶加,一加就是一桶,跑的次数少了,加水的速度也快了,

但好几次将缸给加溢出了,不小心弄湿了几次鞋,小明又动脑筋,我不用瓢也不用桶,老子用盆,几次下来,

发现刚刚好,不用跑太多次,也不会让水溢出。这个加水工具的大小就称为比例系数。

小明又发现水虽然不会加过量溢出了,有时会高过要求位置比较多,还是有打湿鞋的危险。他又想了个办法,在水缸上装一个漏斗,

每次加水不直接倒进水缸,而是倒进漏斗让它慢慢加。这样溢出的问题解决了,但加水的速度又慢了,有时还赶不上漏水的速度。

于是他试着变换不同大小口径的漏斗来控制加水的速度,最后终于找到了满意的漏斗。漏斗的时间就称为积分时间。

小明终于喘了一口,但任务的要求突然严了,水位控制的及时性要求大大提高,一旦水位过低,必须立即将水加到要求位置,而且不能高出太多,否则不给工钱。

小明又为难了!于是他又开努脑筋,终于让它想到一个办法,常放一盆备用水在旁边,一发现水位低了,不经过漏斗就是一盆水下去,这样及时性是保证了,但水位有时会高多了。

他又在要求水面位置上面一点将水凿一孔,再接一根管子到下面的备用桶里这样多出的水会从上面的孔里漏出来。这个水漏出的快慢就称为微分时间。

拿一个水池水位来说,我们可以制定一个规则,

把水位分为超高、高、较高、中、较低、低、超低几个区段;

再把水位波动的趋势分为甚快、快、较快、慢、停几个区段,并区分趋势的正负;

把输出分为超大幅度、大幅度、较大幅度、微小几个区段。

当水位处于中值、趋势处于停顿的时候,不调节;

当水位处于中值、趋势缓慢变化的时候,也可以暂不调节;

当水位处于较高、趋势缓慢变化的时候,输出一个微小调节两就够了;

当水位处于中值、趋势较快变化的时候,输出进行叫大幅度调节……。

如上所述,我们需要制定一个控制规则表,然后制定参数判断水位区段的界值、波动趋势的界值、输出幅度的界值。

比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。

根据设备有所不同,比例带一般为2~10%(温度控制)。

但是,仅仅是P控制的话,会产生下面将提到的offset(稳态误差),所以一般加上积分控制(I),以消除稳态误差。

比例带与比例控制(P)输出的关系如图所示。用MVp运算式的设定举例:

稳态误差(Offset)

比例控制中,经过一定时间后误差稳定在一定值时,此时的误差叫做稳态误差(offset)。
仅用比例控制的时候,根据负载的变动及设备的固有特性不同,会出现不同的稳态误差。
负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。
比例带小时不会产生。为消除稳态误差,我们设定手动复位值--manualreset值(MR),以消除控制误差。

手动复位(Manualreset)


如前所述,仅用比例控制不能消除稳态误差。
为此,将MR(manualreset值)设为可变,则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于offset的量,就能与目标值一致。
这就叫做手动复位(manualreset),通常比例调节器上配有此功能。
在实际的自动控制中,每次发生offset时以手动进行reset的话,这样并不实用。在后面将叙述的积分控制功能,能自动消除稳态误差。


所谓积分控制(I),就是在出现稳态误差时自动的改变输出量,使其与手动复位动作的输出量相同,达到消除稳态误差的目的。
当系统存在误差时,进行积分控制,根据积分时间的大小调节器的输出会以一定的速度变化,只要误差还存在,就会不断的进行输出。

积分时间的定义:
当积分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同,即积分作用重复了一次比例作用时所花费的时间,就是积分时间。



微分控制(D)的功能是通过误差的变化率预报误差信号的未来变化趋势。
通过提供超前控制作用,微分控制能使被控过程趋于稳定。
因此,它经常用来抵消积分控制产生的不稳定趋势。

微分时间的定义:
当输入量持续的以一定速率变化时,微分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同,即微分作用重复了一次比例作用时所花费的时间,就是微分时间。

实际中如何使用

我们看一个生活例子,冬天洗热水澡,需要先放掉一段时间的冷水,因为水管里有一段冷水,热水器也需要一个加热过程,等过了这段时间之后水温有些接近目标值后,开始调节水龙头来调节冷、热水之间的比例及出水量,之后再慢慢的微调,在洗浴过程中感觉温度不合适,再一点点的调节。这个过程,其实就是PID算法过程。我们之所以微调,是因为水温的变化速度与我调节的速度不相匹配,存在一个滞后效应,我们需要调节一点点,等一下再感觉一下温度,不够再调节一点点,再感觉,这个过程就叫PID算法,也可以说,滞后效应是引入PID的原因。

失去的能否找回来?能、只是我找回了纽扣,却发现衣服已经不再了。这个就是滞后效应。

负反馈系统,都有滞后效应,但为什么运放、电源这类的却从来不提PID算法呢?这是因为这类系统的滞后延时时间非常短,若考虑这个延时,负反馈引入180度相位,延时恰好引入180度相位,则完全可能引起振荡。问题在于这个延时时间足够短,它的谐振频率点比较高,以运放为例,加入延时加上负反馈引起的谐振点为10MHz,但这片运放的频率响应是1MHz,则在10MHz下完全不可能导致振荡,因为这个芯片的频响特性只有1MHz。我们常用的线性电源IC,比如SOT23封装的LDO,假如输出不加电容,就会输出一个振荡的波形,相对来说电源IC的滞后效应比运放要大,但是,因为电源一般后面都要接大电容的,它的频响特性很低,接近直流0Hz,所以当有电容时候,就无法振荡了。

而工业控制领域,比如温度等,都是滞后效应很严重的,往往都是mS,甚至是10mS级别的,若直接用负反馈,因为激励与反馈的不同步,必然导致强烈的振荡,所以为了解决这个问题,我们需要引入PID算法,来实现这类滞后效应严重系统的负反馈控制,我们以高频感应加热设备加热工件,从常温25度加热到700度为例做说明:

1、25~600度,100%的全功率加热工件,这是因为温差太大,前期要全功率,先加热到靠近目标温度。之所以考虑在600度,是因为滞后效应,若设定太高,当发现接近700度再停下来,但实际上,温度会冲过700度。当然,600度是一个经验值,以下几个温度点都是经验值,根据实际情况而来。

2、600以上,开启P算法,P就是根据测量值与目标值的误差来决定负反馈的大小。P算法公式:反馈=P*(当前温度-目标温度)。但因为负反馈是基于存在误差为前提的,所以P算法导致一个问题,永远到不了想要的值:700度。因为到了700度,反馈值就没有了。P算法的开启,进一步逼近了目标温度,假设稳态下可以达到650度,这样就算因为滞后效应导致的延时,也不会超过700度太多。

3、当达到P算法的稳态极限650度附近的时候,比如640度,就应该开启另外一个算法解决P算法引起的极限误差,那就是I算法。I算法就是为了消除这个P算法导致的误差值,毕竟我们想要的是700度,而不是650度。I算法,本质上讲就是获取一个700度下对应的一个驱动值,之后用这个驱动值来取代P算法,那么我们怎么得到这个驱动值呢,唯一的手段就是把之前的误差都累加起来,最后得到一个期望值,这个期望值就是我们想要的驱动值。因为只要与目标值存在误差,那么把这些误差值积累起来再去反馈控制,就能一步步的逼近目标值,这如同水温不够高,再加一点点热水,不够高再加,这样总能达到想要的水温。值得注意的是,I算法不能接入太高,必须要在P算法的后期介入,不然很容易积累过大。这个时候可以引入一个误差门限,比如误差为60,当作6来处理,误差为50,当作5来处理,消除大的误差值,具体根据项目情况决定。

4、当I算法把工件温度加热到很接近目标温度后,那么可以调节的范围就很小了,最后一点点的微动,让调节的每一次的变化,不要太大,这就是D算法。D算法本质上讲就是反对剧烈的变化,所以适用于达到目标温度的时候。

PID算法其实不复杂,但从目前看,很多人都是因为对这三者的使用条件不了解导致的问题,都是从加热一开始,三个要素都上,结果可想而知。P算法是温度接近目标值的时候用,I算法是在P算法到稳态极限的时候用,D算法是达到目标值附近的时候用。实际项目中,D算法一般不用,效果不大。假如非要找一个现实中对应的实物,那么以开关电源为例,TL431基准电源比较器可以认为是P,输出滤波电容C是I,输出滤波电感是D,两者完全等价。它们各自的应用工作点可以认为:假设目标温度700度,600~800度:P算法;640~760度:I算法;690~710度:D算法。具体值,以实验为准,数据仅供参考。

最后给出一个PID最通俗的解读:我们设计一样东西,一般都是先打个样,这个样跟我们想要的接近,但细节没到位,这就是P,样有差异,所以就要修改,拟合逼近,这就是I,到了定稿,就不允许随便修改了,就算要修改,也是有限制的修改,这就是D。

责任编辑:lq

原文标题:万能算法PID最全总结

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的头像 FPGA技术专栏 发表于 02-24 14:46 631次 阅读
【紫光同创国产FPGA教程】【第十六章】SOBEL边缘检测例程

PID温度控制装置的电路设计资料详细说明

本文介绍了过程温度控制 PID 电路和可控硅触发电路的设计及其工作原理 , 作者在设计电路的基础上开....
发表于 02-23 08:00 14次 阅读
PID温度控制装置的电路设计资料详细说明

如何通过Python进行算法交易?

当我在一家投资管理公司担任系统开发工程师时,我了解到要在定量金融领域取得成功,您需要在数学,编程和数....
的头像 如意 发表于 02-22 17:38 1009次 阅读
如何通过Python进行算法交易?

变频恒压供水控制器的维修保养及疑难问题的讲解

1,线性高:软启动器的嵌入PID控制器,及时监管工作压力实际值,(变频恒压供水控制器)随资金分配数量....
发表于 02-22 14:05 107次 阅读
变频恒压供水控制器的维修保养及疑难问题的讲解

使用机器学习来协助患者与提供者共同做出决定

因此,报告行业的研究人员进行了系统的文献综述,以评估研究的稳健性,这些研究的重点是使用机器学习来协助....
的头像 倩倩 发表于 02-22 09:11 127次 阅读
使用机器学习来协助患者与提供者共同做出决定

地平线C轮融资已达9亿美元

日前,地平线公告完成 C3 轮 3.5 亿美元融资,其中不仅获得国投招商、中金资本旗下基金、众为资本....
的头像 中关村集成电路设计园 发表于 02-20 18:02 1288次 阅读
地平线C轮融资已达9亿美元

采用PID控制算法实现无刷直流电机的速度控制方案

  对无刷直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性...
发表于 02-20 16:22 112次 阅读
采用PID控制算法实现无刷直流电机的速度控制方案

TDK于2021年1月发布了革命性的产品:InvenSense TCE-11101

TCE-11101独特地将材料开发与MEMS工艺相结合,同时还集成了人工智能(AI)与机器学习(ML....
的头像 MEMS 发表于 02-20 14:36 302次 阅读
TDK于2021年1月发布了革命性的产品:InvenSense TCE-11101

科学家通过深度学习算法检测黑色素瘤

据外媒报道,人工智能开始与智能手机技术结合,其方式可能会对我们监测健康的方式产生深远的影响,从跟踪糖....
的头像 如意 发表于 02-19 11:32 199次 阅读
科学家通过深度学习算法检测黑色素瘤

电热恒温油浴锅DU-20产品的技术参数说明

电热恒温油浴锅DU-20产品特点: ● 微电脑PID温度控制器,控温精确可靠,带定时。 ● 内胆和外....
发表于 02-19 10:29 16次 阅读
电热恒温油浴锅DU-20产品的技术参数说明

人脸识别技术的危险专利

实际上,专利中的这些文章都是为了确定所讨论算法的潜力而写的。尽管该公司表示不会在政府部门之外使用此软....
的头像 倩倩 发表于 02-18 09:33 480次 阅读
人脸识别技术的危险专利

机器算法深度学习将成为企业的未来方向

机器算法深度学习在商业领域带来了许多变化。根据定义,它被视为人工智能的子领域,它可以基于输入数据来累....
发表于 02-13 15:55 1051次 阅读
机器算法深度学习将成为企业的未来方向

聚焦近3到5年,智能算法无处不在 我们能跨越算法带来的距离吗?

站在媒介演化的时间线末端回望,你会看到近10年来“各种新媒体层出不穷,轻捷小巧,如同很多食肉型小恐龙....
的头像 工程师邓生 发表于 02-11 09:07 271次 阅读
聚焦近3到5年,智能算法无处不在 我们能跨越算法带来的距离吗?

数据科学家遇到的常见挑战及方法

作为数据科学家,我在很多公司工作过,也遇到了很多问题和挑战。事实上,很多人都会经历这些挑战,就不同情....
的头像 如意 发表于 02-08 16:03 178次 阅读
数据科学家遇到的常见挑战及方法

如何使用FPGA实现高分辨率图像DCT域的增强

为了提高高分辨率图像的质量.实现快速的图像增强算法,提出在离散余弦变换(DCT)的对比度测度下。通过....
发表于 02-05 17:35 155次 阅读
如何使用FPGA实现高分辨率图像DCT域的增强

如何使用FPGA实现空间图像CCSDS压缩算法的设计

随着空间技术的发展,遥感图像获得了同益广泛的应用,随之带来的遥感数据海量增长,给存储和传输都带来极大....
发表于 02-05 15:54 41次 阅读
如何使用FPGA实现空间图像CCSDS压缩算法的设计

亚马逊搜索算法被用于传播疫苗虚假信息

亚马逊传播错误的健康信息受到了很多批评者的指责。而自从疫情爆发,批判者们的担忧已经升级。
的头像 如意 发表于 02-04 11:41 212次 阅读
亚马逊搜索算法被用于传播疫苗虚假信息

改进遗传算法无功优化的工程文件免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是改进遗传算法无功优化的工程文件免费下载。
发表于 02-04 08:00 22次 阅读
改进遗传算法无功优化的工程文件免费下载

哪些算法影响了人工智能产业的发展

在人工智能发展中,离不开三个关键词:算法、大数据、计算能力。 算法作为人工智能的核心内容之一,直接影....
的头像 Les 发表于 02-03 17:15 426次 阅读
哪些算法影响了人工智能产业的发展

如何使用FPGA实现实时图像增强算法

针对复杂背景的多目标图像,提出了一种基于直方图的实时自适应图像增强方法。该方法根据自适应直方图窗口选....
发表于 02-03 15:21 47次 阅读
如何使用FPGA实现实时图像增强算法

如何使用FPGA实现运动估计算法的设计

为进一步提高编码效率,在研究菱形算法的基础上,采用了“十字”形运动估计算法,设计了硬件电路,并用H‘....
发表于 02-03 14:46 29次 阅读
如何使用FPGA实现运动估计算法的设计

如何实现大规模生物网络马尔可夫聚类的并行化算法

马尔可夫聚类算法(MCL)是在大规模生物网络中寻找模块的一个有效方法,能够挖掘网络结构和功能影响力较....
发表于 02-03 14:11 29次 阅读
如何实现大规模生物网络马尔可夫聚类的并行化算法

如何实现多聚焦图像融合的拉普拉斯金字塔方法

本文档的主要内容详细介绍的是如何实现多聚焦图像融合的拉普拉斯金字塔方法。
发表于 02-03 11:40 22次 阅读
如何实现多聚焦图像融合的拉普拉斯金字塔方法

如何使用FPGA实现动态可重构的图像融合算法

一种基于FPGA动态可重构的图像融合算法。该方法对小波分解后的图像低频子带采用平均融合算子处理,在高....
发表于 02-02 17:12 35次 阅读
如何使用FPGA实现动态可重构的图像融合算法

如何使用跨尺度代价聚合实现改进立体匹配算法

针对现有的立体匹配算法在精度和速度上不可兼得的现状,提出一种改进的跨尺度代价聚合立体匹配算法。通过强....
发表于 02-02 14:36 45次 阅读
如何使用跨尺度代价聚合实现改进立体匹配算法

如何使用FPGA实现RS译码中改进型欧几里德算法

RS码在通信领域有着广泛的应用,其中最重要的是关键方程的求解.传统欧几里德算法在求解关键方程时需要进....
发表于 02-01 14:25 31次 阅读
如何使用FPGA实现RS译码中改进型欧几里德算法

软件的PID程序资料合集免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是软件的PID程序资料合集免费下载。
发表于 02-01 11:08 46次 阅读
软件的PID程序资料合集免费下载

数据、算法、算力成为数字经济时代的关键词

时代在变化。数据、算法、算力成为数字经济时代的关键词。 互联网的普及带来了数字设备的联接,物联网(I....
的头像 Les 发表于 02-01 10:51 281次 阅读
数据、算法、算力成为数字经济时代的关键词

人工神经网络的详细资料综述

人工神经网络( Artificial neural Networks,ANN)系统是20世纪40年代....
发表于 02-01 10:33 74次 阅读
人工神经网络的详细资料综述

我们能否成功跨越算法的“非物质距离”?

站在媒介演化的时间线末端回望,你会看到近10年来“各种新媒体层出不穷,轻捷小巧,如同很多食肉型小恐龙....
的头像 青岛科技通 发表于 02-01 09:41 176次 阅读
我们能否成功跨越算法的“非物质距离”?

如何使用FPGA实现abc坐标系的三维空间矢量调制算法

研究了一种应用于三相四桥臂逆变器的基于abc坐标系的新的空间矢量调制算法,避免了传统的αβ0坐标变换....
发表于 01-29 16:51 59次 阅读
如何使用FPGA实现abc坐标系的三维空间矢量调制算法

RISC-V可以支持Android 10了

在AIoT时代,开源硬件,特别是RISC-V给业界带来巨大的想象空间。而安卓(Android)作为目....
的头像 Les 发表于 01-29 09:35 621次 阅读
RISC-V可以支持Android 10了

一副特殊“眼镜”通过AI算法 攻破19款手机的面部解锁系统

当下,人脸识别已经遍及生活各处,小到手机、小区门禁,大到高铁站、飞机场,都能看到人脸识别的应用,极大....
的头像 工程师邓生 发表于 01-28 15:52 732次 阅读
一副特殊“眼镜”通过AI算法 攻破19款手机的面部解锁系统

人工智能算法的演进升级需要高质量数据作为支撑

回顾过去,早期的数据标注行业曾长期处于粗放的发展模式,数据粗制、混乱、复用的情况屡见不鲜;但随着AI....
的头像 倩倩 发表于 01-28 13:37 564次 阅读
人工智能算法的演进升级需要高质量数据作为支撑

【SPWM仿真模型】根据理论搭建的MATLAB仿真模型,可用于算法验证,大家可以看看!

文末附上仿真模型,大家可以下载看看,可以随时交流!...
发表于 01-28 13:21 237次 阅读
【SPWM仿真模型】根据理论搭建的MATLAB仿真模型,可用于算法验证,大家可以看看!

个人智能终端已经基本到了全民普及的程度

市人大代表陈杰军意识到,这些精巧设计,擅长利用人体神经细胞的运作机制,擅长利用人性弱点的算法,不断精....
的头像 倩倩 发表于 01-28 11:40 229次 阅读
个人智能终端已经基本到了全民普及的程度

耐能与鸿海等投资者将在基于AI的IC设计等领域展开合作

此次融资同投资者建立战略合作伙伴关系 鸿海同华邦加入Horizons,高通,红杉和伟诠等公司,成为耐....
的头像 Kneron耐能 发表于 01-28 10:42 1437次 阅读
耐能与鸿海等投资者将在基于AI的IC设计等领域展开合作

耐能自主研发的人脸识别技术算法通过BCTC国家权威机构盖章

近日,耐能自主研发的人脸识别技术(活体检测)算法,正式通过国家金融IC卡安全检测中心-银行卡检测中心....
的头像 Kneron耐能 发表于 01-27 15:13 570次 阅读
耐能自主研发的人脸识别技术算法通过BCTC国家权威机构盖章

基于带约束强化学习的 BPP-1 求解

事实上,人可以根据即将到来的几个箱子的形状尺寸,很快地做出决策,并不需要、也无法做到对整个箱子序列的....
的头像 新机器视觉 发表于 01-27 11:37 305次 阅读
基于带约束强化学习的 BPP-1 求解

深度学习在58同城首页推荐中的应用

推荐过程可以概括为数据算法层通过相关召回算法根据用户的兴趣和行为历史在海量帖子中筛选出候选集,使用相....
的头像 TensorFlow 发表于 01-27 10:37 244次 阅读
深度学习在58同城首页推荐中的应用

如何使用FPGA实现高速高质量的图像旋转

为了进行高质量,高速的图像旋转变换,通过对传统图像旋转矩阵的分解,将图像在二维空间中的旋转运算分解成....
发表于 01-26 16:52 66次 阅读
如何使用FPGA实现高速高质量的图像旋转

消保委实测网约车半数以上多收费用

近年来,随着网约车的大面积普及,传统出租车的市场被迅速抢占。
的头像 如意 发表于 01-26 15:05 409次 阅读
消保委实测网约车半数以上多收费用

如何使用压缩感知实现移动群智感知任务分发机制

针对移动群智感知任务中区域全覆盖感知成本过高问题,提出基于压缩感知的移动群智感知任务分发(CS-TD....
发表于 01-26 11:53 76次 阅读
如何使用压缩感知实现移动群智感知任务分发机制

如何将这些并行通信方式背后的原理与AI结合使用

在本文中,生物工程师Bryan Bryson博士,计算机科学家Bonnie Berger博士及其合著....
的头像 倩倩 发表于 01-26 09:15 257次 阅读
如何将这些并行通信方式背后的原理与AI结合使用

PID控制详解

PID控制详解 PID控制简介 PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算...
发表于 01-25 17:19 550次 阅读
PID控制详解

使用FPGA实现视频图像缩放显示的设计论文说明

对几种常用的图像缩放算法进行了比较,在权衡了算法复杂度、缩放效果和FPGA 逻辑资源等3大因素后,选....
发表于 01-25 14:51 36次 阅读
使用FPGA实现视频图像缩放显示的设计论文说明

将量子计算与人工智能融合已成为首要任务

量子计算类似于传统计算。它依靠位(0和1)来编码信息。尽管受到限制,但数据仍在增长。摩尔定律已观察到....
的头像 倩倩 发表于 01-25 09:19 519次 阅读
将量子计算与人工智能融合已成为首要任务

NASA训练AI检测发现火星陨石坑

据外媒报道,在过去15年里,NASA的火星勘测轨道器始终在绕着这颗红色星球运转,并传回大量有关陨石坑....
的头像 如意 发表于 01-24 10:44 682次 阅读
NASA训练AI检测发现火星陨石坑

如何使用FPGA实现CORDIC算法在跟踪环中的应用

主要介绍了坐标旋转数字计算(CORDIC)算法在US,g,鉴别器中的应用,包括码跟踪环、锁频环和锁相....
发表于 01-22 16:12 47次 阅读
如何使用FPGA实现CORDIC算法在跟踪环中的应用

大数据杀熟现象需加强算法应用遏制

同一房型价格不同,同一路线打车却比其他人高出不少,同一家店的外卖吃得总比别人贵……近年来,平台经济快....
的头像 如意 发表于 01-22 15:14 537次 阅读
大数据杀熟现象需加强算法应用遏制

【年度精选】2020年度top10榜单——电机控制经验

本榜单汇总了2020年阅读量最多的经验帖,都是深受各位电机控制爱好者喜欢的电机控制经验,相信你也能从中找到适合自己的知识,快...
发表于 01-19 14:02 595次 阅读
【年度精选】2020年度top10榜单——电机控制经验

BLDC电机控制算法最强解析,太牛了!

无刷电机属于自换流型(自我方向转换),因此控制起来更加复杂。 BLDC 电机控制要求了解电机进行整流转向的转子位置和机制...
发表于 01-08 09:27 548次 阅读
BLDC电机控制算法最强解析,太牛了!

labview如何编程实现一个一阶惯性滤波算法的滤波器

labview小白,看了一点书,也搜过很多,但是都没有这方面的。很多电子滤波器都是以巴特沃夫滤波器为主体滤波。但是如果不能用现成...
发表于 12-30 23:12 1595次 阅读
labview如何编程实现一个一阶惯性滤波算法的滤波器

电机控制算法及矢量控制基础知识最全版本

本文主要为你讲解常用的电机控制算法(包含 BLDC、AC 电机),以及两者分别在磁场矢量控制电路的基本结构,控制原理。 ...
发表于 12-30 07:00 607次 阅读
电机控制算法及矢量控制基础知识最全版本

如何使用FPGA实现PID ?

使用单片机非常常用。但是在FPGA中,由于浮点运算问题。使用PID就优点麻烦。 下面是我设计的一个PID的Verilog程序。...
发表于 12-14 15:08 1019次 阅读
如何使用FPGA实现PID ?

【HarmonyOS HiSpark AI Camera试用连载 】移植自研AE算法到AI Camera第一步在配套官方SDK中跑通

本来想一步到位直接在harmony这个系统中直接将自研的自动曝光算法移植上去,但是3516dv300作为一款没有测试过的海思平台怕有太多...
发表于 11-26 11:54 322次 阅读
【HarmonyOS HiSpark AI Camera试用连载 】移植自研AE算法到AI Camera第一步在配套官方SDK中跑通

永奉科技智能跟随推车介绍

一、概述       传统的手推车需要人工推着走到下一个目的,对于频繁变换地点来搬运货物的使用场景来说,非...
发表于 11-13 16:51 707次 阅读
永奉科技智能跟随推车介绍