谁搞过PID算法？

[lijian22500]

我想把pid算法用在动力定位上，不知道那个前辈搞过这个？

[wissup]

哥们，你学计算机的，就不要从控制理论从头看了，等你看懂了，黄花菜都凉了！
其实，没有你想的这么难，这里推荐一本书《新型PID控制及其应用》 陶永华 机械工业出版社，里边介绍的东西仔细看，就可以编程实现它了。
还有你要搞清楚几个问题：
1、控制的目标是什么？
2、控制的手段是什么，即通过什么东西去控制？
这里说的就是PID其实参数是难调，但是时间久了自然就会了，关键你要理解P、I、D三个参数干什么用的，然后才好调。

[lijian22500]

[Quote=引用 17 楼 wissup 的回复:]
哥们，你学计算机的，就不要从控制理论从头看了，等你看懂了，黄花菜都凉了！
其实，没有你想的这么难，这里推荐一本书《新型PID控制及其应用》 陶永华 机械工业出版社，里边介绍的东西仔细看，就可以编程实现它了。
还有你要搞清楚几个问题：
1、控制的目标是什么？
2、控制的手段是什么，即通过什么东西去控制？
这里说的就是PID其实参数是难调，但是时间久了自然就会了，关键你要理解P、I、D三个参数干什么用的，然后才好调。

[/Quote]

控制的目标 就是让物体定位，我这里是航模船定位。 手段是航模船上的电动桨和舵。
现在还没有买船模，所以只是个模拟程序，让一个人拿着gps在旷地上走，在电脑上显示这个人，并表示出这个人偏离定位点，给出一个长短不一箭头来表示。
参数不忙定下.

我下了个pid控制的程序，改了改，感觉这个目标是一个坐标点，当前物体也是个坐标点。这个函数的输出，当p为1，i和d为0是，这个输出就是当前点和目标点的距离了。当i和d不为0，得出的数据我不知道能表示什么，速度，距离？？

[lijian22500]

代码如下：
#include <stdio.h>
#include<math.h>

struct point
{
double x;
double y;
};
struct _pid {
struct point evn;
struct point dest;
double integral;
double pgain;
double igain;
double dgain;
double deadband;
double last_error;
};

double pid_calc(struct _pid *pid)
{
double err;
double pterm, dterm, result, ferror;

err = sqrt(((pid->evn.x) - (pid->dest.x))*((pid->evn.x) - (pid->dest.x)) + ((pid->evn.y) - (pid->dest.y))*((pid->evn.y) - (pid->dest.y)));
if (fabs(err) > pid->deadband)
{
ferror = err;
pterm = pid->pgain * ferror;
if (pterm > 100 || pterm < -100)
{
pid->integral = 0.0;
}
else
{
pid->integral += pid->igain * ferror;
if (pid->integral > 100.0)
{
pid->integral = 100.0;
}
else if (pid->integral < 0.0) pid->integral = 0.0;
}
dterm = ((double)(err - pid->last_error)) * pid->dgain;
result = pterm + pid->integral + dterm;
}
else result = pid->integral;
pid->last_error = err;
return (result);
}


void main(void)
{
double display_value;
double count=0;
struct _pid warm,*pid;


pid = &warm;
warm.dest.x = 0.0;
warm.dest.y = 0.0;
warm.pgain = 1.0;
warm.igain = 0.0;
warm.dgain = 0.0;
warm.deadband = 2.0;
warm.evn.x = 0.0;
warm.evn.y = 0.0;
warm.last_error = 0.0;
warm.integral = 0.0;


while(count<=20)
{


printf("Please input x,y of post!\n");
scanf("%lf %lf",&warm.evn.x, &warm.evn.y);


display_value = pid_calc(&warm);
printf("\n%lf\n", display_value);

count++;

}

}

[gooogleman]

哈哈，这要对控制啊，还有数学有较深了解才可以融汇贯通的。

[lijian22500]

首先 谢谢 wissup 那么热心 帮忙解答问题。

我是在校学生，跟一个导师“做项目”，我也不知道是不是项目了，是他向学校申请的项目，关于普适计算移动学习的，这个项目很广泛，没什么实际意义。他就像拿这部分经费搞点自己的事，现在他想做一个热气球（也可能是飞艇）空中定位系统。大概是地面通过无线装置控制热气球，要求能控制定位，和按照地面的指令按轨迹飞行。后来发现热气球忒贵，就像在航模船上完成系统，成功了，考虑移植到热气球上。那是后话了。
船上系统设想：
买个航模船，装上arm板，在arm板上插上 zigbee （无线通信用的），GPS模块、陀螺仪，风力风向仪，让电动桨、舵连上板子。通过陆地上的电脑控制它航行，我要做的就是保持它平衡（就是定位），我查了资料，发现就是论文中的船舶动力定位系统。但是说的都很大概，不懂。
因为上面的设备，除arm板，zigbee和GPS模块，别的都没见到面，所以怎么控制电动机，舵，怎么从陀螺仪，风力风向仪上读数据我还不清楚。
现在我们在搞测试程序，就是让个人拿查有GPS模块的arm板在操场上跑，要求控制端能够显示它的位置，并能提供“动力定位”。其实没动力。我下了PID算法，要是测试，我想PID函数返回的可以理解为速度或动力，而方向不由PID得出，直接为物体当前点当目标点。
我想问一下，要是按你说的那样，要把PID计算的结果转成对舵的参数和对电动桨的参数两个参数，这怎么分？

要是以后用到船上，那个系统应该是闭路的，要输入多个变量参数，输出也是多个变量参数，PID能胜任吗，
按论文说可以，但都没说怎么把PID得到的数据分成多个推力器（我们这为电动桨，舵）的参数？

[wissup]

LZ，你是在校学生，还是什么，怎么还做航模的？
搞了半天，你是不明白PID运算结果是干什么用的呀！你想想了，你的控制手段是电动桨和舵，那么就有两个问题了：
1、电动桨是动力了，是吧，你要不要控制多大的动力的，如果要的话，多大动力靠谁给呢，就是你算的结果了。
2、舵是用来控制方向的，如果要控制，那又要谁给这个控制量呢，也可以是这个结果。

比如说，你现在知道了目标点和当前船的点不是在同一个位置上，那么需要控制动力和方向两个变量，控制动力是说不能太大也不能太小，太大了，要冲过去了，完了以后你又要倒回来，太小了，你又到不了。那方向呢，就更明显了，就是方向错了，就是方向有偏差了，那就调整回来。
说得明显一点，控制的思想就是：我知道有个偏差，对吧，那我就需要一个量不断去纠正这个偏差，那这个量又是什么样的呢？就是对原有的偏差进行PID运算的结果了。那为什么PID运算结果可以呢，那就是另外一个话题了，有时间，小伙子可以慢慢研究去。
好的，思想讲完了。下面以我不丰富的C语言知识解释一下你这个程序，讲错了不要怪我哈：

struct _pid {
struct point evn; //当前位置值
struct point dest; //目标位置值
double integral; //积分项值
double pgain; //比例增益
double igain; //积分增益
double dgain; //微分增益
double deadband; //死区
double last_error; //上次偏差
};

//err为当前位置和目标位置的距离偏差
err = sqrt(((pid->evn.x) - (pid->dest.x))*((pid->evn.x) - (pid->dest.x)) + ((pid->evn.y) - (pid->dest.y))*((pid->evn.y) - (pid->dest.y)));


后面那些程序是其中一个具体的PID算法的实现。

你的这个程序说明偏差量为一个距离，然后经过PID运算，得到一个结果，这个结果就是控制输出量，要具体给电动桨或是舵，才有实际的物理意义呀！

我怎么看这个程序就能控制好，个人表示怀疑！

[wissup]

工程应用当中神经网络，模糊控制都是唬人的，一般没有完整的数学建模情况下，这个根本不顶用。工程应用当中最多的还是PID算法，而且多数是单回路，连两个回路的都比较少。

如果有耦合的，一般都是解耦，就是乘系数的那种，减少耦合，然后把值加起来。


一是，直接将位置差，和角度差作为要调整的参数，不经过PID算法，有什么区别。那道只有引入电动桨和舵，这个PID才有意义。

是引入偏差，然后经过PID运算，再输出调整量去调整。


还有控制时，你不断计算呀，隔一定时间，判断一下，然后调整，最理想的情况就是方向对，速度对，然后运动轨迹是直线。

所以，其实我觉得，你这个控制不需要用PID控制，你应该学习过计算机图形学，那里边那种画直线的插补算法，好像就能解决你的第2个问题，就是走一步，看一步，运动轨迹是多段折线。你每次调整的就是90°方向，然后运动距离小一点。先转好角度，然后再做直线运动。

这样不可以么？

[wissup]

如果你是做个小项目来玩的，我觉得上述方法可行，就是难看点，反正玩玩的嘛！

如果你是做个卖钱的，或是完整的科研或是怎么地，对精度有要求的。那么就是将方向，速度等作为两个回路控制，先控制好方向，再控制好速度，然后每隔一定的时间，要去调整，不然由于外力作用，比如说风啊，水的阻力呀等等，会运动偏了，或是实时调整也行。每个回路用PID去控制。这种方法应该可行。

如果你是做高精度的，这种方法就玩不转了，你只有好好考虑考虑用模糊控制或是神经网络啥的等等，这种东西一般需要建模仿真，如果直接上，人工调整，需要好长时间才能搞定。比调几个PID参数啰嗦多了，而且还涉及到一些理论知识，麻烦的，我也不懂了！

祝福LZ！

[lijian22500]

我觉的我要做的系统更想动力定位，但是我在船舶动力定位论文方面没有看到插补算法，我会去看看的。
从当前点到目标点，那是一个缩影，其实我希望让物体在一个经纬度上保持不变（一个小的范围）。我看你上面第一段，第二段说的挺简单的，现在还没涉及到设备，要是加入设备就参数就比较多了，像陀螺仪，风力，风向，还有原来说的GPS信息。是一个闭合的系统，结果的输出会造成陀螺仪，风力风向仪读取的参数。耦合是肯定的。你说解耦，不知道效果怎么样。
你说看一步走一步，运动轨迹是折线，很生硬，运动不连贯，对电动螺旋桨的耗电量也是一个考验。

我现在的想法：
系统输入的是两个参数，分别：为当前点和目标点的距离差，船头方向和当前点目标点的夹角。
而要输出的参数为，动力（也可为速度），还有一个为转向（舵的转向）。
我想采用两个PID算法，将夹角作为参数去控制第一个PID算法，让它影响动力。因为角度越大，这个动力或速度就不能太快，太快了离目标点就更远了。当角度变小后，当变成0，即船头的方向就是目标点的方向，这个时候夹角影响的动力（速度）就变的很大。
这样也算是一种耦合，让夹角影响动力（速度）。
这样是不是可行？

[lijian22500]

[Quote=引用 28 楼 wissup 的回复:]
如果你是做个小项目来玩的，我觉得上述方法可行，就是难看点，反正玩玩的嘛！

如果你是做个卖钱的，或是完整的科研或是怎么地，对精度有要求的。那么就是将方向，速度等作为两个回路控制，先控制好方向，再控制好速度，然后每隔一定的时间，要去调整，不然由于外力作用，比如说风啊，水的阻力呀等等，会运动偏了，或是实时调整也行。每个回路用PID去控制。这种方法应该可行。

如果你是做高精度的，这种方法就玩不转了，你只有好好考虑考虑用模糊控制或是神经网络啥的等等，这种东西一般需要建模仿真，如果直接上，人工调整，需要好长时间才能搞定。比调几个PID参数啰嗦多了，而且还涉及到一些理论知识，麻烦的，我也不懂了！

祝福LZ！
[/Quote]

wissup说的是，我也这么想，做工程项目的时候，采用两个PID回路控制，毕竟工程要的可靠。做论文就采用你说的第三种方案。吹忽吹忽！

[wissup]

其实，我的意思是说，你单独一个距离的偏移，经过PID运算，然后既要控制舵，又要控制桨，这样貌似不好弄的呀，可以是可以，你把距离的结果乘以一个系数，给桨，然后又乘以一个系数，给舵。一般而言，应该是方向的你要给个方向的偏差，距离上的差距你要给个距离的偏差。距离的调整用电动桨，方向的调整用舵。
这样，对整个系统而言，是多输入多输出的，但是你分到每一个具体的回路上，还是单一的控制，这个系统由多个闭路形成，比如说，你先控制方向形成一个回路，然后桨又形成一个回路，先调整好方向，然后再施加桨的动力呀。
上面说的都是逻辑上的思路，具体应用时，是直接给硬件的。比如说，你软件上得到PID的结果了，你可以送去显示，也可以分别给不同的硬件去输出哦，至于硬件怎么做，那就要问问做硬件的人了。比如说我们上位机，是windows系统的，你应用程序计算了一个数，你这个数要送到网络上，可能你调用winsock控件，送到打印机上，你可能调用打印机相关的类。只不过，你在windows上，调用相关控件或类了，就相当于对直接的硬件操作了呀。
另外，控制更讲究的是思想，PID只是一个很基础的算法，可以在这个算法上面玩出很多花样，当然，至于为什么PID是可以的，可能就需要控制理论的相关知识。但是，我们不做理论验证，而是直接应用，所以，单一的PID控制未必可以达到那么好的控制效果，你就可以想办法做点其他的了。举个例子，比如说，你用桨去控制动力了，可能动力开大了，或是开小了，要精确控制，它可能在目标位置上动来动去，那这实际上就是单纯的PID控制结果，因为涉及到3个参数计算呀，不能100%控制得那么好，这个时候，你可以在没有到达那个位置之前，关闭桨，让其靠惯性到达位置，由于没有动力了，所以到达位置以后就停止了，不动了，至于什么位置上关闭动力，那就是要调试的。
至于你提到的多输出多输出的东东，控制系统上是存在这么一种系统，而这种系统更多的输入的变量都是相互影响的，我们称之为耦合，比如在造纸过程中，需要将纸浆沉淀，得到一定浓度的纸浆，这个时候需要用水来混合原有的纸浆，这时，水大水小跟纸浆浓度是两个相互关联的，这个时候，你要单独一个控制水，就比较麻烦了，因为纸浆浓度时不断变化得，而纸浆的浓度也是需要控制的。所以说，这种控制系统用单纯的PID控制算法是没有办法实现的，但是如果在这个基础上叠加其他控制思想，比如说计算浓度和水的比值，稳定纸浆浓度等等，就会很好的实现。
这个例子不是特别的好，可能跟你查论文查书有所出入，只是想介绍一下这个意思。
还有，你查论文时，得到的什么什么船舶动力控制，更高级的抽象是位置随动系统，比如说导弹飞行，需要定位角位移，就是方向，还有就是线位移（不知道这个名词对不对？？），就是距离，这两种位移称为空间位移。你可以循着这个方向，去查查相关的资料，仔细研究研究可能会有所启发。
等你好好做过了这个项目以后，你就一目了然了，控制就是这么回事，实现是一回事，理论又是一回事，千万不要乱看论文，都是唬人的东东，没啥意思！说不定你看了好多好多，大家说的都一样，天下文章一大抄呀！

[wissup]

QQ我不是经常上了，所以就不告诉你了！呵呵

[lijian22500]

看来一时半会儿，我是搞不定 这个东西啊

[lijian22500]

你说的用两个PID控制器，我有所启示，确实可采用两个PID算法，一个通过当前位置和目标位置的距离查，经过PID算法，计算动力（或着叫速度），另一个当前位置的方向，和要当前位置到目标位置的角度（即为要调整的角度），做为e（t）通过PID算法，计算要调整的位置。
这样问题也来了，一是，直接将位置差，和角度差作为要调整的参数，不经过PID算法，有什么区别。那道只有引入电动桨和舵，这个PID才有意义。
二是，这桨调整和舵调整是有关联的，很明显，当物体离目标位置比较远的时候，而且方向也向着偏离的方向，那么当我们调整的时候，一开始速度或动力是不能太大的，要是大了，就偏离更远了，耗能，且调整回原位在时间上就慢了；还不能小了，小了这个动力调整回原位在时间上会慢。到底取什么值，值得考虑。方向和动力在这里能体现关联吗，是不是通过调整这两组的PID参数就能实现，要是不行，你有什么好的建议吗。

还有就是多输入多输出的问题，解决这类问题，（有耦合的），工程应用一般怎么处理的，我看论文上有说用神经网络的。但它没说的PID控制。又根据资料说，在控制回路中，90%都是用的PID算法，是不是神经网络不够成熟，所以问问工程上成熟的做法是什么。

其实我们这个系统真算是多输入，多输出的。

[wissup]

呵呵，这样也可以叫做解耦的控制，就是本身是有耦合的量，你不在输入端做而已，而在输出端做，你可以再原本给动力的控制量上再加上一个系数*原本控制方向的输出量，用公式可以表示为：
C（动力实际控制量） = C（原有的动力PID控制量）+ C（原有的方向控制量）* α，α表示系数，可正可负，看你怎么调整了。你说的意思我不是特别懂。

这种就是典型的解耦控制的具体实现了，不过，工程调试要费点时间的，如果调不好，比较麻烦的~，因为你一般不会去建立精确的的数学模型，不能仿真，所以调试有点麻烦的，不过我们应该有的是青春哇！

这种方法应该是最经典的控制算法，有一定的弊端和缺点，这些论文你应该上面有说。如果你精度要求很高很高，那就只有考虑考虑模糊和神经网络的高级玩意了，费时费力费脑子。如果有研究，记得告诉我一下！呵呵。。。

如果你会看控制的方框图的话，这种就比较好理解一点。光文字，没有一张图好！

顺便问句，你是本科生，还是研究生？

[lijian22500]

你的 C（动力实际控制量） = C（原有的动力PID控制量）+ C（原有的方向控制量）* α
公式不错，让动力大小和方向有了个联系，在程序可以试试效果怎么样。我原先的意思是用两个PID，一个控制输出动力大小，一个控制方向。现在想想好像没有必要，直接得方向偏角，输给舵，又让这个方向影响动力大小就得了。方法好想比较简单，不知道这个方法的效果怎么样。用在实际中，当然看重的就是它的工程效果。
对于神经网络和模糊控制 我只是听说，没接触过，不懂，要是对项目有用，还得去看看。

[lijian22500]

是计算机应用的研究生喽，要毕业，愁工作呢！

[wissup]

哈哈，看来你对控制是有点理解了！

研究生都愁工作呀？啥学校，这年头，混饭吃不容易！

[lijian22500]

成都信息工程学院，不是好学校。
找工作的人太多了，哪有不愁哦

[乾坤幻影]

请问楼主现在的pid算法的项目还有没有印象了？小弟现在也在做一个用到这个算法的项目，有几个不明白的地方呢。。。