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原来PID算法都用在这些方面,不看不知道啊

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发表于 2020-1-8 13:54 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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原来PID算法都用在这些方面,不看不知道啊+ [" P/ [/ B( x
5 M/ o( a" M% _# r3 _+ U6 k
这里的 PID 是指控制类的比例 -积分 -微分算法,而不是进程 ID 号。
# p/ `* j( b' _0 Y' R7 u$ x/ ePID 算法,不管是原理上,还是代码上都比较简单。主要运用在电机控制、开关电源、电源管理芯片等领域。
; g' F) T4 K! D) I, v. O5 V4 L: g一般《自动控制原理》上给的是位置式算法,如下图所示。但是工程上,用增量式算法比较多,这样可以避免积分环节饱和溢出的问题,具体公式和整定参数的口诀就不贴出来了,网上资料多如牛毛。8 G; z3 i$ K" R& z5 h! \
下面看这样的一个电机控制的例子,如下图所示。这就是一个闭环控制系统, 非常简单。 不管是用 C 还是 verilog ,你都能一下子把代码写好,但是在你整定参数的时候,却发现,怎么调都没用。
$ N) C8 i: w9 _3 I6 C8 j9 |* r原因在于你对这个系统的反馈机构理解得不够。比如, 716空心杯电机,设定在 100 转/秒,但是你却用了 50M 时钟让PID 算法工作,假设 PID 是全并行的(数据吞吐量也达到7 b2 j$ ]2 s# R
50M )。
: H, Q9 H  E0 K0 V+ t6 ?这时,不管你怎样调参数,电机都不受控制,一下子很快,一下子很慢。
  z5 _" ]+ I/ S4 Z. ?" o& Z) U静下来想想,不难发现问题。+ h) G' b+ N  c% k/ |/ k% M( R
假设电机瞬时转速是 101 转/秒,光电开关大概每隔 4.95 毫秒才反馈一个速度量过来,在这期间是没有反馈的。
, w$ m0 H8 D0 n! N: f* f设定的转速是 100 转/秒,用工作在 50M 全并行的增量式 PID算法,在 4.95 毫秒内,不断地累积 1 转/秒的误差,期间被PID 算法作用了 247.5 次!
: P! R$ {: l' {- }7 R0 ^也就是说,因为 PID 的工作频率太高,积累误差的速率太快(从另一个角度来看就是反馈机构太慢) ,所以电机不受控制,这时,你把 PID 的工作频率降下来,就会发现,电机渐渐地受控制了。
) p0 s5 J& Y4 Q8 W下面给一个在 FPGA 中使用 PID 算法做电机控制的完整框图。' }2 K  Q$ [, H2 \: b, }2 k. G  O, [. F
综上所述,控制类算法,除了要关注算法本身的特点以外,还要深刻理解反馈机构和执行机构。
" G8 N2 c2 ~: B( mBTW ,一般来说,电机控制用 PI 或者 PD 控制就可以了,如果用 PID 三个环节的话,一来参数不容易调节,二来容易自激,当然也不排除某些特殊场合需要用 PID 三个环节,甚至还会用到三环控制(速度环、相位环、电流环) 。
% K3 ^% [/ X; f此外,除了 PID 以外,常用的控制类算法还有模糊控制、MPC (模型预测控制)算法。
3 q: G* `% y, A# Y5 B* K
0 s: P$ B1 ^1 U3 B* v, P) S5 T3 ~+ F7 S3 c
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    发表于 2020-1-8 19:20 | 只看该作者
    PID算法的应用
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