改进初学者的PID-初始化

　　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-beginner's-pid-initialization/

1、问题所在

　　在前一节中，我们实现了关闭和打开 PID 的功能。我们将其关闭，但现在让我们来看看当我们重新打开它时会发生什么：

　　呵!PID跳回到它发送的最后一个输出值，然后从那里开始调整。这将导致我们不希望出现的输入颠簸。

2、解决方案

　　这个很容易解决。因为我们现在知道什么时候打开 (从手动到自动)，我们只需为一个平稳的过渡做一些初始化。这意味着对2个工作变量的存储 (积分项和最后的输入项) 进行处理，以防止输出跳转。

3、代码

 /*working variables*/
 unsigned long lastTime;
 double Input，Output，Setpoint;
 double ITerm，lastInput;
 double kp，ki，kd;
 int SampleTime = ; //1 sec
 double outMin，outMax;
 bool inAuto = false;
 
 #define MANUAL 0
 #define AUTOMATIC 1
 
 void Compute()
 {
    if(!inAuto) return;
    unsigned long now = millis();
    int timeChange = (now - lastTime);
    if(timeChange>=SampleTime)
    {
       /*Compute all the working error variables*/
       double error = Setpoint - Input;
       ITerm+= (ki * error);
       if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
       else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
       double dInput = (Input - lastInput);
 
       /*Compute PID Output*/
       Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;
       if(Output> outMax) Output = outMax;
       else if(Output < outMin) Output = outMin;
 
       /*Remember some variables for next time*/
       lastInput = Input;
       lastTime = now;
    }
 }
 
 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
 {
   double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/;
    kp = Kp;
    ki = Ki * SampleTimeInSec;
    kd = Kd / SampleTimeInSec;
 }
 
 void SetSampleTime(int NewSampleTime)
 {
    if (NewSampleTime > )
    {
       double ratio  = (double)NewSampleTime
                       / (double)SampleTime;
       ki *= ratio;
       kd /= ratio;
       SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;
    }
 }
 
 void SetOutputLimits(double Min，double Max)
 {
    if(Min > Max) return;
    outMin = Min;
    outMax = Max;
 
    if(Output > outMax) Output = outMax;
    else if(Output < outMin) Output = outMin;
 
    if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
    else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
 }
 
 void SetMode(int Mode)
 {
     bool newAuto = (Mode == AUTOMATIC);
     if(newAuto && !inAuto)
     {  /*we just went from manual to auto*/
         Initialize();
     }
     inAuto = newAuto;
 }
 
 void Initialize()
 {
    lastInput = Input;
    ITerm = Output;
    if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
    else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
 }

　　我们修改了 SetMode (...) 以检测从手动到自动的转换，并添加了初始化功能。它通过设置“积分项=输出”来处理积分项，“最后输入=输入”以防止微分激增。比例项不依赖于过去的任何信息，因此不需要任何初始化。

4、最终结果

　　我们从上面的图表中看到，正确的初始化会导致从手动到自动的无扰动切换，这正是我们所追求的。

5、更新：为什么不 ITerm=0？

　　我最近收到了很多问题，问为什么我没有把 ITerm=0 设置为初始化。作为答案，我请您考虑以下方案：PID是手动的，用户已将输出设置为50。一段时间后，该过程稳定到75.2 的输入。用户将设置点75.2 打开 PID。会发生什么事？

　　我认为，切换到自动后，输出值应该保持在50。由于 P 和 D 项将为零，因此发生这种情况的唯一方法是将 ITerm项初始化为“输出”值。

　　如果您处于需要输出初始化为零的情况，则无需更改上面的代码。在将 PID 从“手动”转换为“自动”之前，只需在调用例程中设置Output=0。

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