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分享关于pid算法，如果实际应用?
以下代码为pid算法的位置式实现方式 ,
struct _pid{
float SetSpeed; //定义设定值
float ActualSpeed; //定义实际值
float err; //定义偏差值
float err_last; //定义上一个偏差值
float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数
float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）
float integral; //定义积分值
}pid;
void PID_init(){
printf("PID_init begin \n");
pid.SetSpeed=0.0;
pid.ActualSpeed=0.0;
pid.err=0.0;
pid.err_last=0.0;
pid.voltage=0.0;
pid.integral=0.0;
pid.Kp=0.2;
pid.Ki=0.015;
pid.Kd=0.2;
printf("PID_init end \n");
}
float PID_realize(float speed){
pid.SetSpeed=speed;
pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;
pid.integral+=pid.err;
pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pi
d.err_last);
pid.err_last=pid.err;
pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
.假设一个系统(通过调解pwm占空比去控制mos管的电流,电流采样反馈再影响占空比)
1)在例子中,realize每次输入的值为200,相当于最终目的是200,那么 输出量的反馈，在哪反应出来?(也就是我的系统中,电流采样反馈这个量,pid的算法根本 也是按输出量，通过计算kp,ki,kd,根据这些改变输入量)
实际应用的时候,比如我要把某个物理量固定在2000,那么代入这个realize的值就是2000,那么，与反馈量无关?不需要?
2)pid.voltage是用于控制执行器的量,pid.actualspeed为返回值,它的得出与voltage有关.,在上面的系统里,这个actualspeed应该与占空比有关吧?相当于用这个返回值乘某个系数用于占空比的设置?这个输入的值，如果是固定的值，比如我想稳在2000
3)我的系统，通过mos管电压来控制id,应该不用考虑控制延时的问题吧?即这边调整了mos管的电压，一个周波后(用于计算反馈量所需要采样的时间),马上可以通过pid算法去计算,并反馈影响控制.
struct _pid{
float SetSpeed; //定义设定值
float ActualSpeed; //定义实际值
float err; //定义偏差值
float err_last; //定义上一个偏差值
float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数
float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）
float integral; //定义积分值
}pid;
void PID_init(){
printf("PID_init begin \n");
pid.SetSpeed=0.0;
pid.ActualSpeed=0.0;
pid.err=0.0;
pid.err_last=0.0;
pid.voltage=0.0;
pid.integral=0.0;
pid.Kp=0.2;
pid.Ki=0.015;
pid.Kd=0.2;
printf("PID_init end \n");
}
float PID_realize(float speed){
pid.SetSpeed=speed;
pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;
pid.integral+=pid.err;
pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pi
d.err_last);
pid.err_last=pid.err;
pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
.假设一个系统(通过调解pwm占空比去控制mos管的电流,电流采样反馈再影响占空比)
1)在例子中,realize每次输入的值为200,相当于最终目的是200,那么 输出量的反馈，在哪反应出来?(也就是我的系统中,电流采样反馈这个量,pid的算法根本 也是按输出量，通过计算kp,ki,kd,根据这些改变输入量)
实际应用的时候,比如我要把某个物理量固定在2000,那么代入这个realize的值就是2000,那么，与反馈量无关?不需要?
2)pid.voltage是用于控制执行器的量,pid.actualspeed为返回值,它的得出与voltage有关.,在上面的系统里,这个actualspeed应该与占空比有关吧?相当于用这个返回值乘某个系数用于占空比的设置?这个输入的值，如果是固定的值，比如我想稳在2000
3)我的系统，通过mos管电压来控制id,应该不用考虑控制延时的问题吧?即这边调整了mos管的电压，一个周波后(用于计算反馈量所需要采样的时间),马上可以通过pid算法去计算,并反馈影响控制.
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schlafenhamster 2017-09-24
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1 如果你只用 速度环 （pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;）那么 要控制的 是 速度
pid 输入 是 速度给定，你需要 测速计 作为 反馈信号，pid 输出 控制 pwm 。
2 通常 电机 控制 还 需要 一个 电流环。这时 pid 输入 是电流给定，你需要 测电流 作为 反馈信号，pid 输出还是 控制 pwm 。
3 如果控制电机位置 还需要一个 位置环。这时 pid 输入 是位置给定，你需要 测实际位置 作为 反馈信号，pid 输出是速度环的输入 。
4 通常 电机 控制 是 3环 系统
alca_bigV 2017-09-22
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大家都是搞技术的，又不是出书，错一两个字，不用在意。只要意会即可，
alca_bigV 2017-09-22
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我用的m0,没有fpu,不过任务不是很多,暂时用float型运算试试看.
你的代码的解释，用在我说的增量型算法里面，很好理解，对应的上，我也是这样理解的.
用在第一个，不太理解.
我现在就是 增量 型算法(第二种)，在修定参数.......
大神你的解释应用到我上面举的第二个 增量型算法里面，是可以解释的。。。
第一个，直接算法（也就是位置算法）里面，我不理解 .....
tianxj001 2017-09-22
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打字错误
那么误差就是10，前次误差是8
tianxj001 2017-09-22
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我给你的回答，已经包括了设定目标对应你板子上面要实现的的物理数据，返回数据对应你的板子上面的采集的物理数据，输出对应你的单片机PWM，没仔细看吗？
只是没给你写位置式PID程序而已，这个你自己不是已经有反应了嘛。
假定Set_Point=200,AD测量平均后获得的是190，那么误差就是8，前次误差是5而最后是输出是假如Kp=0.1,积分器内容是20000，Pi-0.01，Pd=0.5，
那么输出=0.1*10+0.01*20000+0.5*2=1 +200+1=202，这个就可以直接作为PWM发生器的TIM比较器数据送出了。
还有一个，PID计算从采样-计算-输出 耗时越短，输出频率越高，pid的精度、波动就越好。
alca_bigV 2017-09-22
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应该?大神你以前怎么应用的?
是用pid的参数？还是返回值return pid.ActualSpeed 去调整pwm的占空比?
这个函数只有一个目标转速的输出,如何体现 输出量引入，再计算 误差？（看到的actualspeed是计算出的实际转速，而不是测得的实际 转速）,实际应用的时候，要如何修改?
至于 全局变量，公式算法,理论意义，懂点c和高等数学的应该都看得懂.
[/quote]
可能我还是没get到你的点，就举个实际应用的例子吧
3D打印机的喷头温控，要求在一段时间内持续保持在200度，这里就需要PID_realize持续运作，来调高或降低对加热模块的PWM占空比，在此系统中，因为有喷头风扇的连续工作散热，所以当喷头温度达到200度时，不进行挤出料工作的情况下，温度的消耗会比较低，此时仅需保持较低的PWM即可维持温度，而当挤出机工作慢速→快速的挤出料，PLA料会分走喷头的热量，温度就会急剧降低，此时就要迅速调高PWM。
我刚想了下，可能这个例子还不是很贴切，一楼的代码应该和电动车转速控制更接近些。[/quote]
在你的这个例子中,喷头部分的应该有个温度传感器吧?采得的数值 再 传回mcu进行处理,再去调解出料的电动机(假设是电动机控制出料，我不熟悉3d打印机，这样猜想),这个温度数参与计算，在上面的代码中 如何 体现的?
感觉 上面的代码，根本 不需要温度传感器传回的数据,而只是 设定200数值 ，然后这段程序 每一段时间(10s,或者 200ms,,)运行一次，通过voltage或者 actualspeed去调整pwm占空比(怎么个调解法暂时不考虑).
alca_bigV 2017-09-22
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应该?大神你以前怎么应用的?
是用pid的参数？还是返回值return pid.ActualSpeed 去调整pwm的占空比?
这个函数只有一个目标转速的输出,如何体现 输出量引入，再计算 误差？（看到的actualspeed是计算出的实际转速，而不是测得的实际 转速）,实际应用的时候，要如何修改?
至于 全局变量，公式算法,理论意义，懂点c和高等数学的应该都看得懂.
[/quote]
就你给出的代码来看，如果是我来应用的话，我会用pid.voltage作为调整PWM输出的基准
当然我没用过这段代码，并不能确认是否是正确的，是基于代码的内容表现，认为应该使用pid.voltage
不过，这其实也就相当于使用pid.ActualSpeed
你可以把这理解为一个逐渐逼近的过程，也就是说 PID_realize将会持续执行，在类似于温控、电机速率控制这样目标动作可能受外界因素影响而发生变化的场景，持续运行 PID_realize来保持状态是比较常见的做法[/quote]
感谢大神,您这段回答 正是我一直想要的..
没调成功以前，我没资格 说它的对错，只是说我理解不了,只当全部正确，我再去学习，引用.
这段代码在网上传的满多，基础的pid算法讲解里,
按我的理解，它里面的计算，，，它想稳在200,所以 代入的speed始终为200,运行了1000次，输出的数字也接近200,没有任何反馈输出的量.
而第二个增量算法例子中,代入的数字nextpoint为实际测量得到的数字,作为反馈引入,可以解释的通.
这就是我的疑问所在.
至于 逐渐逼近的过程,从程序输出结果可以看到，很明显，从0---199.9997,一千个数据，慢慢靠近...但，没有看到反馈的过程(输出量引入，再影响输出)!.....
alca_bigV 2017-09-22
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看不懂这代码，积分环节在哪？第二项怎么是减的？误差怎么是当前数减上次数？[/quote]
对，第二项,至于为什么减,推导公式的关系...几个地方的推导公式，推出都是减号,就像fft运算之前，推导，在不同的平台系数代入的时候,有两项要改变负号一样.你不要去考虑. iError = sptr->SetPoint - NextPoint 不是当前数减上次数，你把它当成当前数，是受 我上一个 那种算法（？）的误导?你看这段代码上面的注释，是原作者注释的，setpoint是要达到的目标值,也就是我要稳定的数值.
我是这样理解的,如果我要达到15000,而当前值(引入函数和nextpoint)为10000,那么误差值是不是15000-10000?那么这个误差值再乘以比例系数,即是对应的P 项了.
当然，这都是我自己的理解，可能存在错误.参考下.
C_Rabbit 2017-09-21
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看4楼，你疑惑的应该是代码如何起作用。
这个代码里用了全局变量PID，在函数运行过程中，全局变量PID中的参数也随之变换，至于这个参数如何应用到实际的器件上，应该是在其他代码部分以PID中的参数为基准调整pwm占空比输出之类的
这个代码里用了全局变量PID，在函数运行过程中，全局变量PID中的参数也随之变换，至于这个参数如何应用到实际的器件上，应该是在其他代码部分以PID中的参数为基准调整pwm占空比输出之类的
alca_bigV 2017-09-21
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应该?大神你以前怎么应用的?
是用pid的参数？还是返回值return pid.ActualSpeed 去调整pwm的占空比?
这个函数只有一个目标转速的输出,如何体现 输出量引入，再计算 误差？（看到的actualspeed是计算出的实际转速，而不是测得的实际 转速）,实际应用的时候，要如何修改?
至于 全局变量，公式算法,理论意义，懂点c和高等数学的应该都看得懂.
alca_bigV 2017-09-21
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大神你作过pid没有?如果实际 应用过,解释一下你是如何应用 的？
你明白我的问题点在哪里吗?
worldy 2017-09-21
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你的这个大妈应该没有什么问题，PID功能就是确保你的输出逼近的目标
float PID_realize(float speed)
{
pid.SetSpeed=speed; //目标速度，就是你的速度要稳定在这个值上（其他物理量亦然）
pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed; //ActualSpeed当前实际，在此处就是反馈量，err为目标与实际的误差，误差值是PID的驱动源泉
pid.integral+=pid.err;// 误差积分，就是PID的I环节的误差累计，这个值起到输出和目标基本相同的作用，如果没有积分环节，那么误差值无法为0或者逼近0
pid.voltage=pid.Kp*pid.err //比例P输出值
+pid.Ki*pid.integral//积分I输出值
+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);// 微分D输出值，基本可以不用（误差的差值）
pid.err_last=pid.err;//保存当前误差给下次计算使用
pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
PID系统一个重要的工装就是需要整定，也就是确定Kp\Ki\Kd的值，首先，KiKd为0，Kp给的很小的值，慢慢增大，再Ki慢慢增大，整个过程都要确保系统不会过冲
tianxj001 2017-09-21
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程序写好，正确了，接着就是到底用多少大小的Kp Ki Kd 就是我们常说的整定了，这个资料多，可以多多参考一下吧。
在过去芯片计算能力差的年代，Kp Ki Kd 是不会考虑用浮点数的，我们通过把他们都变大比如512倍，或者1024倍，进入长整数运算，再在后面将结果除以2的某次方，也可以实现同样目的，现在芯片像stm32的M3 M4都带浮点运算了，这就不是问题了，直接将Kp Ki Kd 用浮点数填进去就可以了。
tianxj001 2017-09-21
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根据你的构思，你测的的应该是电流采样电阻上面的电压值AD，一般在pid里面我们叫做Next_point，而我们设定的目标，应该是预计的采样电阻的电压的AD值一般我们叫Set_point，他们的减法就是error=Set_point-Next_point，上一次的误差为Last_error，sum_error+=error。
然后，你的输出目标应该为PWM设置数据，这样就很明确了，Kp*error 就是比例项，Ki* sum_error就为积分项，Kd*（error-Last_error）就是微分项，他们的和经过最大最小限制后就可以直接作为PWM数据用，用的时候加上常数=mos开启电压（这个可以让你的pid更线性）。
pwm输出进低通滤波就可以去控制MOS管。这里有必要说的是PWM的幅度，我们一般设置为10V以上，这样经过积分滤波后最终可以获得10V+的电压，足以良好驱动MOS管。
根据增量法和位置法实现的计算公式是有区别的，但其实经过标准采样间隔进行变换，其实增量和位置是一个基本公式，只是他们的P I D系数在实际公式里面，代表的意义有所区别而已。
C_Rabbit 2017-09-21
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应该?大神你以前怎么应用的?
是用pid的参数？还是返回值return pid.ActualSpeed 去调整pwm的占空比?
这个函数只有一个目标转速的输出,如何体现 输出量引入，再计算 误差？（看到的actualspeed是计算出的实际转速，而不是测得的实际 转速）,实际应用的时候，要如何修改?
至于 全局变量，公式算法,理论意义，懂点c和高等数学的应该都看得懂.
[/quote]
可能我还是没get到你的点，就举个实际应用的例子吧
3D打印机的喷头温控，要求在一段时间内持续保持在200度，这里就需要PID_realize持续运作，来调高或降低对加热模块的PWM占空比，在此系统中，因为有喷头风扇的连续工作散热，所以当喷头温度达到200度时，不进行挤出料工作的情况下，温度的消耗会比较低，此时仅需保持较低的PWM即可维持温度，而当挤出机工作慢速→快速的挤出料，PLA料会分走喷头的热量，温度就会急剧降低，此时就要迅速调高PWM。
我刚想了下，可能这个例子还不是很贴切，一楼的代码应该和电动车转速控制更接近些。
C_Rabbit 2017-09-21
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应该?大神你以前怎么应用的?
是用pid的参数？还是返回值return pid.ActualSpeed 去调整pwm的占空比?
这个函数只有一个目标转速的输出,如何体现 输出量引入，再计算 误差？（看到的actualspeed是计算出的实际转速，而不是测得的实际 转速）,实际应用的时候，要如何修改?
至于 全局变量，公式算法,理论意义，懂点c和高等数学的应该都看得懂.
[/quote]
就你给出的代码来看，如果是我来应用的话，我会用pid.voltage作为调整PWM输出的基准
当然我没用过这段代码，并不能确认是否是正确的，是基于代码的内容表现，认为应该使用pid.voltage
不过，这其实也就相当于使用pid.ActualSpeed
你可以把这理解为一个逐渐逼近的过程，也就是说 PID_realize将会持续执行，在类似于温控、电机速率控制这样目标动作可能受外界因素影响而发生变化的场景，持续运行 PID_realize来保持状态是比较常见的做法
worldy 2017-09-21
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看不懂这代码，积分环节在哪？第二项怎么是减的？误差怎么是当前数减上次数？
alca_bigV 2017-09-21
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刚刚看到这段代码
void IncPIDInit(void)
{
sptr->LastError = 0; //Error[-1]
sptr->PrevError = 0; //Error[-2]
sptr->Proportion =P_DATA; //比例常数Proportional Const
sptr->Integral =I_DATA; //积分常数Integral Const
sptr->Derivative =D_DATA; //微分常数Derivative Const
sptr->SetPoint =100; 目标是100
}
//*****************************************************
//增量式PID控制设计
//*****************************************************
int IncPIDCalc(int NextPoint)
{
int iError, iIncpid; //当前误差
iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //增量计算
iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项
- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项
+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项
sptr->PrevError = sptr->LastError; //存储误差，用于下次计算
sptr->LastError = iError;
return(iIncpid); //返回增量值
}
这是另一个 解说 的 pid增量算法 中的实现..
注意这里，代入的变量,是next,而set值，在初始化的时候已经固定(感觉很接近 我猜想的那一种理解方法),这个和前面 的算法实现感觉完全不一样....
如果从这段代码去理解 如何 应用到实际工程系统中，就比较好理解 了...代入的next是测量得到的实际输出量(无论这个量是温度的ad值还是转速的ad值),代入以后与设置好的固定值进行比较出差异,再计算出微分，积分，与 比例系数,把这个值返回.(返回以后应该还要进行适当转换，或者按楼上的说法,调解系数，不用转换),直接送给控制系统 的输入量(马达的控制电压？或者温度的加热装置).
还有个问题,pid算法，看到有人说，只适用于比较慢的惰性系统 ...我在怀疑 用它来控制mos管,稳定Ids是否可行?
alca_bigV 2017-09-21
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对，不同的系数，可以使得输出 适合直接给dac 或者 作为增量加到DAC上.....你说的这个，我可以理解，认为也不是问题.
worldy 2017-09-21
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电压到速度可以不做变换，实际上，做不做变换差别在于整定后的pid系数值和单位不同而已
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