改进初学者的PID-介绍

　　最近看到了Brett Beauregard发表的有关PID的系列文章，感觉对于理解PID算法很有帮助，于是将系列文章翻译过来！在自我提高的过程中，也希望对同道中人有所帮助。作者Brett Beauregard的原文网址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/

　　结合新的Arduino PID库的发布，我决定发布这一系列帖子。最后一个库虽然稳定，但并没有真正提供任何代码解释。这次计划的目的是详细解释为什么代码是这样的。我希望这对两类人有用：

• 直接对Arduino PID库中发生的事情感兴趣的人将得到详细的解释。
• 任何编写自己的PID算法的人都可以看看我是如何做的，并借鉴他们喜欢的东西。

　　这将是一个艰难的过程，但我认为我找到了解释我的代码的一个不太痛苦的方法。我将从我称之为“初学者的PID”开始。然后我将逐步改进它，直到我们留下一个高效，强大的pid算法。

初学者的PID

　　这是每个人第一次学习它时接触的PID方程式：

　　这导致几乎每个人都编写以下PID控制器：

 /*working variables*/
 unsigned long lastTime;
 double Input，Output，Setpoint;
 double errSum，lastErr;
 double kp，ki，kd;
 void Compute()
 {
    /*How long since we last calculated*/
    unsigned long now = millis();
    double timeChange = (double)(now - lastTime);

    /*Compute all the working error variables*/
    double error = Setpoint - Input;
    errSum += (error * timeChange);
    double dErr = (error - lastErr) / timeChange;

    /*Compute PID Output*/
    Output = kp * error + ki * errSum + kd * dErr;

    /*Remember some variables for next time*/
    lastErr = error;
    lastTime = now;
 }

 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
 {
    kp = Kp;
    ki = Ki;
    kd = Kd;
 }

　　Compute（）被定期或不定期地调用，并且它运行良好。不过，这样的PID并不是“非常好用”。如果我们要将此代码转换为与工业PID控制器相同的代码，我们将不得不解决以下问题：

　　1、采样时间—如果以固定间隔评估PID算法，则该算法的运行效果最佳。如果算法知道这个间隔，我们也可以简化一些内部的数学计算。

　　2、微分冲击—这虽然不是最重要的，但很容易处理，所以我们就先处理它。

　　3、改变整定参数—一个好的PID算法是可以在不影响内部工作的情况下改变整定参数的算法。

　　4、积分饱和—我们将讨论积分饱和，并实现一个很好的解决方案。

　　5、开/关（自动/手动）—在大多数应用中，有时需要关闭PID控制器并手动调节输出，而不会影响控制器。

　　6、初始化—当控制器第一次打开时，我们想要一个“无扰动切换”。也就是说，我们不希望输出突然变成一些新值。

　　7、正反作用—最后一种方法，并且不改变系统的鲁棒性和名称。它旨在确保用户使用正确的符号输入调整参数。

　　8、新：测量的比例—添加此功能可以更轻松地控制某些类型的过程。

　　一旦我们解决了所有这些问题，我们就会拥有一个可靠的PID算法。我们还将获得Arduino PID库最新版本中使用的代码，这并非巧合。因此，无论您是尝试编写自己的算法，还是试图了解PID库中的内容，我希望这可以帮助您解决问题。让我们开始吧。

　　更新：在所有代码示例中，我使用的是双精度。在Arduino上，double与float相同（单精度。）真双精度对于PID来说可能会成为累赘。如果您使用的语言确实是双精度，我建议将所有双精度更改为浮点数。

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