PID简解

dj狂人

PID简解 [复制链接]

 

       首先注明这不是本人写的，是从“匿名”的一个四轴交流群中看到觉得不错复制过来分享，
这是对PID的一个简单介绍，在玩四轴或者再调PID对PID又一头雾水的建议看看

       在 APM 的参数设置菜单中，有一项 PID 设置，对于没接触过 PID 的人来说，那完全是
一头雾水，一堆摸不着头脑的数字。鉴于此，本文力争以通俗的语言讲解 PID 的各个含义。
PID 控制是自动化控制领域应用非常广的控制方式，P 代表比例，I 代表积分，D 代表
微分，从这些名词中可以看出，PID 控制是基于数学中一项重要的分支：微积分学为基础的
数字化自动控制方式，它以传感器采集的数据作为输入源，按预定的 PID 参数根据特定的
公式计算以后输出控制。
       举个形象的例子， 一列即将到站的火车在快要到达站点的时候会切断输出动力， 让其凭
借惯性滑行到月台位置。假如设置火车以 100km/h 的速度在站前 1km 的地方切断动力开始
滑行，那么这个 100 比 1 就是比例 P 的含义，P 越大，它在站前开始滑行的速度越快。滑行
初始速度快的好处就是进站快，但过快的初始滑行速度会导致火车在惯性的作用下冲过月
台，这样一来火车不得不进行倒车，但是因为 P 设置过大，倒车以后的滑行也会同样使火
车倒过头了，这样一来，就形成了一种反复前行后退的震荡局面。而 P 设置小了，进站速
度会变得非常缓慢，进站时间延长。所以设置一个合适的 P 值是 PID 调节的首要任务。由
于 P 是一个固定的数值，如果将火车的速度与月台的距离用一个坐标图理想化的表现出来
的话，不考虑惯性及外力的作用，这两者的关系呈现出来 P 调节的结果会是一条直斜线，
斜线越陡，代表进站时间越短

       上图的 P 调节结果只是为了方便理解，在实际中是根本不可能出现的，PID 计算的结果
也不是这样子。不管怎样，如果只有 P 调节，火车要么设置一个比较低的 P 值以非常缓慢
的速度到达目标月台，要么就是过冲了，很难设置在速度与准确度之间求得平衡。所以接下
来该是讲解 D 微分的作用的时候了。根据上面举的例子，假如 P 等于 100 的时候，火车刚
好能滑行到月台，所耗费的时间是 10 分钟。但是对应一个自稳定性能要求很高的自动化系
统来说，这 10 分钟的时间太长了，可不可以加快呢？可以，我们把 P 加大到 120，让火车
司机驾驶火车在站前 1km 的地方以 120km/h 的速度开始减速滑行，然后站前 500 米的时候
踩一下刹车让速度降为 80km/h，站前 300 米再踩一下刹车让速度降为 50km/h，站前 100 米
又踩一下刹车，让速度降为 20km/h，站前 10 米让火车在较短的时间内滑行到月台准确的位
置，这样一来，进站速度会大大加快，原来需要 10 分钟的时间可能只需要 5 分钟就行了。
这就是 D 的作用，我们权且把 D 理解为刹车吧，如果仍旧以坐标图形象表达 D 对 P 调节的
影响，那就是 D 使 P 调节出来的一条直线变成了一条曲线，在 PID 公式中，D 的左右就是
改变 P 的曲线，D 的数值越大，对 P 的影响也越大。加入 D 后的曲线前期较陡，进站比较
快，后期平缓，使得火车可以平稳准确的进站。

       相信经此解释后，很多模友已经理解 PD 的作用了，那在飞行器的实际调节中，我们就
可以有的放矢了。根据 PD 的这个关系，我们可以得出一个调节步骤：先把 D 置零，加大 P
值，使飞行器适当过冲开始震荡，然后增加 D 的数值，拉低 P 调节后期的作用，使过冲现
象放缓，最终调到不过冲为止。P 越大，飞行器倾斜后恢复的速度越快，表现为越灵敏，但
过大会产生震荡；D 越大，调节越平缓，表现为越平稳，但 D 过大会使调节时间延长，表
现为反映迟钝（这里的 D 指的就是 D 的数值，在一般的 PID 表述中，D 越接近 0，P 作用
越大，这点需要注意一下） 。
       最后讲解 I 的作用，I 是积分，是为了消除误差而加入的参数，假如上面的例子中，火
车靠站以后， 离最终的目标停止线还是差了 1 米， 我们虽然也可以认为这是一次合格的停车，
但这毕竟是误差，如果我们认可了这 1 米的误差，那在此基础上火车第二次靠站就会有 2
米的误差了，如此以往，误差会越来越大，所以我们要把这个误差记录下来，当第二次进站
的时候就可以发挥作用了，如果差了 1 米，火车驾驶员就可以在原来的 PD 调节基础上进行
I 积分，延迟 1 米输出（或者提前） ，即 999 米开始减速，最终可以刚刚好到达停止线。如
果没有 I 的作用，在多轴飞行器平台上的表现就是飞行器越来越倾斜，最终失去平衡。I 的
调节是建立在 PD 的基础上的，PD 的改变都会影响 I 的效果，所以最终的调节步骤就是先
调 P 确立灵敏度，接着调节 D 调整平稳度，最后调节 I 确定精度。

dj狂人

PID调节的通俗化理解.pdf (96.13 KB, 下载次数: 190)

2015-5-31 22:03 上传

点击文件名下载附件

上传原文件

chenzhufly

学习 学习

huaiqiao

谢谢分享，看来这个文档写的很详细啊。

azhiking

谢谢分享，资料很不错

Mandy

很赞，学习了

Orima

很好的資料，謝謝分享！

dj狂人

huaiqiao 发表于 2015-5-31 22:23
谢谢分享，看来这个文档写的很详细啊。

也不算很详细。至少P没怎么讲或者说没讲清楚。

之前我一直没怎么明白D的预判性，看了他这个才有点明白，微分的预判性是通过积分的误差积累来实现的。他这种讲解对初学者来说是比较通俗易懂的

huaiqiao

dj狂人 发表于 2015-6-1 10:38
也不算很详细。至少P没怎么讲或者说没讲清楚。

之前我一直没怎么明白D的预判性，看了他这个才有点明白，微分的预判性是通过积分的误差积累来实现的。他这种讲解对初学者来说是比较通俗易懂的

恩恩，pid就是比例，积分，微分的。有空仔细看看这个，人家是分析的

swh267

讲解方式很独特

kejoy

很好很好的~

苍怜一叶

赞赞赞

周瑶瑶

谢谢分享，么么哒

wellsin

感觉很好， 语言 易懂，道理很深。

lclhitwh

谢谢分享，学习学习，资料还是不错的，通俗易懂