增量式和位置式PID

先介绍几个概念，首先是比例带比例带是一个无量纲的纯数值，其物理意义为：调节阀从全开到全关（输出做全量程范围变化时），输入（被控量）的变化占其全量程变化范围的百分数。如输入为温度，输出为阀门开度，1-100摄氏度量程，如希望温度从15——20度变化时，阀门从全开到全关，比例带为5%。以智能车速度控制为例，控制量占空比从0-100%变化，如设定速度值为60，测量值为40则100%占空比加速，测量值为80则0占空比。即速度从80变化到40，占空比从0变化到100%，则比例带为40%。比例带反映的是对误差的敏感程度，比例带越小，对误差越敏感。对误差越敏感，越容易引起震荡。以下是PID的公式当然在单片机中，积分用求和来完成，微分用做差来完成。其中KP为比例带的倒数，比例带越小，KP越大，对误差越敏感。其中T为采样时间，若10ms测速一次，则T=10ms，Ti为积分时间，积分时间约大，积分作用越弱。Ti积分时间的物理意义为，当误差不变的情况下，积分作用达到和比例控制相同的效果所需的时间。例如，当误差为5%时，比例控制给出100%的控制量，若不考虑比例控制，只用积分，同样是5%的误差且不变，当积分时间为5s时，也能达到100%，不过需要5s的时间。也就是说，当误差一定时，比例控制会立刻起作用，而积分控制也能达到和比例相同的效果，但是需要经过一定时间，这个时间就是积分时间。这一点从公式中推导一样可以得到这个结论。引入的积分的目的是消除稳态误差。一般的空调控制，只用PI即可，智能车控制则方向一般用PD，速度可用PI，也可用PID。若使用PI控制，位置式的缺点就是积分饱和，也就是当控制量已经达到最大时，误差仍然在积分作用下继续累积，一旦误差开始反向变化，则系统需要较长时间从饱和区退出。当u（k）达到最大和最小时，需要停止积分作用，否则进入饱和时，则难以对误差的变化有快速的反应。如采用增量式则可以消除这个问题。从位置式的公式即可推导以智能车速度控制为例，使用增量式PI自己确定好比例带和积分时间，测量周期，很容易就可以确定公式中的几个参数，当然需要经过大量实验来实现参数的最优化。