改进初学者的PID-修改整定参数
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%E2%80%99s-pid-tuning-changes/
1、问题
对于任何可靠的PID算法,拥有在系统运行时更改整定参数的能力都是必须的。
如果你试图在系统运行时改变整定参数,在初学PID的人看来会显得有点疯狂。让我们看看这是为什么?以下是初学者的 PID 在上述参数更改前后的状态:
因此,我们可以立即将这种差异归咎于积分项(或“I项”)。只有当参数发生变化时,它才会发生剧烈的变化。为什么会这样?这与初学积分的人对积分的理解有关:
这种解释在 Ki 被改变之前都是可以正常工作的。然后,你突然把这个新的 Ki 乘以你积累的整个误差总和。这不是我们想要的!我们只想影响事情后续的发展。
2、解决方案
有几种方法可以处理这个问题。我在上一个库中使用的方法是重新缩放偏差累计。Ki 翻了一倍?或者把偏差累计削减一半。这可以避免积分项撞击,并且也能工作的很好。不过,这有点笨拙,我想出了更优雅的东西。(我不可能是第一个想到这个问题,但我确实是一个人想到的。这算数!)
这个方案需要一个小的基本代数 (还是微积分?)
我们不是让 Ki 处在积分之外,而是把它带到里面。看起来我们视乎什么都没做,但我们会看到,在实践中,这带来了很大的变化。
现在,我们把误差乘以那个时候的Ki。然后我们存储它的和。当Ki发生变化时,没有任何变化,因为所有旧的Ki都已经“存在银行”了。我们得到一个平稳的转换,没有额外的数学运算。这可能会让我成为一个极客,但我觉得这很性感。
3、代码
/*working variables*/
unsigned long lastTime;
double Input,Output,Setpoint;
double ITerm,lastInput;
double kp,ki,kd;
int SampleTime = ; //1 sec
void Compute()
{
unsigned long now = millis();
int timeChange = (now - lastTime);
if(timeChange>=SampleTime)
{
/*Compute all the working error variables*/
double error = Setpoint - Input;
ITerm += (ki * error);
double dInput = (Input - lastInput); /*Compute PID Output*/
Output = kp * error + ITerm - kd * dInput; /*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;
}
}
因此,我们用复合积分项变量替换了 [第4行]偏差求和变量。它计算 Ki * 偏差,而不仅仅是偏差 [第15行]。此外,由于 Ki 现在被隐藏在积分项中,因此它将从主 PID 计算 [第19行] 中删除。
4、结果
那么,这是如何解决问题的。在修改Ki之前,它重新计算了所有偏差的总和;我们看到的每一个偏差值。有了这段代码,之前的偏差将保持不变,而新的Ki只会影响事情的进展,这正是我们想要的。
译注:对于本篇讨论的修改整定参数对积分项的影响问题。采用位置式PID公式确实存在这一问题,作者的解决方式也很赞。因为这就是增量式PID积分项的默认处理方式。所以如果采用增量式PID就不会存在这个问题了。
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