一、PID算法簡(jiǎn)介
在智能車競(jìng)賽中,要想讓智能車根據(jù)賽道的不斷變化靈活的行進(jìn),PID算法的采用很有意義。
首先必須明確PID算法是基于反饋的。一般情況下,這個(gè)反饋就是速度傳感器返回給單片機(jī)當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。簡(jiǎn)單的說(shuō),就是用這個(gè)反饋跟預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,如果轉(zhuǎn)速偏大,就減小電機(jī)兩端的電壓;相反,則增加電機(jī)兩端的電壓。
顧名思義,P指是比例(Proportion),I指是積分(Integral),D指微分(Differential)。在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中,輸入信號(hào)為正,要求電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí),反饋信號(hào)也為正(PID算法時(shí),誤差=輸入-反饋),同時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高,反饋信號(hào)越大。要想搞懂PID算法的原理,首先必須先明白P,I,D各自的含義及控制規(guī)律:
比例P:比例項(xiàng)部分其實(shí)就是對(duì)預(yù)設(shè)值和反饋值差值的發(fā)大倍數(shù)。舉個(gè)例子,假如原來(lái)電機(jī)兩端的電壓為U0,比例P為0.2,輸入值是800,而反饋值是1000,那么輸出到電機(jī)兩端的電壓應(yīng)變?yōu)閁0+0.2*(800-1000)。從而達(dá)到了調(diào)節(jié)速度的目的。顯然比例P越大時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速回歸到輸入值的速度將更快,及調(diào)節(jié)靈敏度就越高。從而,加大P值,可以減少?gòu)姆欠€(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。但是同時(shí)也可能造成電機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)設(shè)值附近振蕩的情形,所以又引入積分I解決此問(wèn)題。
積分I:顧名思義,積分項(xiàng)部分其實(shí)就是對(duì)預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時(shí)間上進(jìn)行累加。當(dāng)差值不是很大時(shí),為了不引起振蕩。可以先讓電機(jī)按原轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)要將這個(gè)差值用積分項(xiàng)累加。當(dāng)這個(gè)和累加到一定值時(shí),再一次性進(jìn)行處理。從而避免了振蕩現(xiàn)象的發(fā)生。可見(jiàn),積分項(xiàng)的調(diào)節(jié)存在明顯的滯后。而且I值越大,滯后效果越明顯。
微分D:微分項(xiàng)部分其實(shí)就是求電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化率。也就是前后兩次差值的差而已。也就是說(shuō),微分項(xiàng)是根據(jù)差值變化的速率,提前給出一個(gè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)動(dòng)作。可見(jiàn)微分項(xiàng)的調(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大,超前作用越明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。
由各個(gè)參數(shù)的控制規(guī)律可知,比例P使反應(yīng)變快,微分D使反應(yīng)提前,積分I使反應(yīng)滯后。在一定范圍內(nèi),P,D值越大,調(diào)節(jié)的效果越好。
二、PID調(diào)試一般原則
a. 在輸出不振蕩時(shí),增大比例增益P。
b. 在輸出不振蕩時(shí),減小積分時(shí)間常數(shù)Ti。
c. 輸出不振蕩時(shí),增大微分時(shí)間常數(shù)Td。
三、pid算法參數(shù)調(diào)整一般步驟
a.確定比例增益P
確定比例增益P 時(shí),首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng),一般是令Ti=0、Td=0,PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%,由0逐漸加大比例增益P,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩;再反過(guò)來(lái),從此時(shí)的比例增益P逐漸減小,直至系統(tǒng)振蕩消失,記錄此時(shí)的比例增益P,設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng)前值的60%~70%。比例增益P調(diào)試完成。
b.確定積分時(shí)間常數(shù)Ti
比例增益P確定后,設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)Ti的初值,然后逐漸減小Ti,直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩,之后在反過(guò)來(lái),逐漸加大Ti,直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的Ti,設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的150%~180%。積分時(shí)間常數(shù)Ti調(diào)試完成。
c.確定積分時(shí)間常數(shù)Td
積分時(shí)間常數(shù)Td一般不用設(shè)定,為0即可。若要設(shè)定,與確定 P和Ti的方法相同,取不振蕩時(shí)的30%。
d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào),再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào),直至滿足要求
找三個(gè)以上PID算法應(yīng)用實(shí)例,結(jié)合實(shí)例明確參數(shù)調(diào)試的方法以及參數(shù)的意義,同時(shí)給小組成員做介紹
四、pid算法應(yīng)用環(huán)境
當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定;(由于賽道的參數(shù)事先未知,所以只能根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的賽道數(shù)據(jù)控制小車沿著賽道行進(jìn))。
評(píng)論
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