單片機(jī)的PID控制方法詳細(xì)說明

　　經(jīng)常有人問有關(guān)PID的用法，看一些有關(guān)單片及應(yīng)用的書上都有關(guān)于PID的應(yīng)用原理，但是面對具體的問題就不知道如何應(yīng)用了，主要的問題是里面所用到的參數(shù)以及計(jì)算結(jié)果需要進(jìn)行什么處理，通過什么樣的換算才能具體的應(yīng)用于實(shí)際，另外在計(jì)算方法上也存在著數(shù)值計(jì)算的算法問題，今天我在這里例舉溫度控制中的PID部分，希望能夠把PID的具體應(yīng)用說明白。一般書上提供的計(jì)算公式中的幾個(gè)名詞：

　　1.直接計(jì)算法和增量算法，這里的所謂增量算法就是相對于標(biāo)準(zhǔn)算法的相鄰兩次運(yùn)算之差，得到的結(jié)果是增量，也就是說，在上一次的控制量的基礎(chǔ)上需要增加（負(fù)值意味著減少）控制量，例如對于可控硅電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，就是可控硅的觸發(fā)相位還需要提前（或遲后）的量，對于溫度控制就是需要增加（或減少）加熱比例，根據(jù)具體的應(yīng)用適當(dāng)選擇采用哪一種算法，但基本的控制方法、原理是完全一樣的，直接計(jì)算法得到的是當(dāng)前需要的控制量，相鄰兩次控制量的差就是增量；

　　2.基本偏差e（）。表示當(dāng)前測量值與設(shè)定目標(biāo)間的差，設(shè)定目標(biāo)是被減數(shù)，結(jié)果可以是正或負(fù)，正數(shù)表示還沒有達(dá)到，負(fù)數(shù)表示已經(jīng)超過了設(shè)定值。這是面向比例項(xiàng)用的變動數(shù)據(jù)。

　　3.累計(jì)偏差Ze（t）=ef（t）+e（t-1）+e（t-2）+..+e（l），這是我們每一次測量到的偏差值的總和，這是代數(shù)和，考慮到他的正負(fù)符號的運(yùn)算的，這是面向積分項(xiàng)用的一個(gè)變動數(shù)據(jù)。

　　4.基本偏差的相對偏差e（t）ef（t-1），用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差，用于考察當(dāng)前控制的對象的趨勢，作為快速反應(yīng)的重要依據(jù)，這是面向微分項(xiàng)的一個(gè)變動數(shù)據(jù)。

　　5.三個(gè)基本參數(shù)：Kp，Ki，Kd.這是做好一個(gè)控制器的關(guān)鍵常數(shù)，分別稱為比例常數(shù)、積分常數(shù)和微分常數(shù)，不同的控制對象他們需要選擇不同的數(shù)值，還需要經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試才能獲得較好的效果。

　　6.標(biāo)準(zhǔn)的直接計(jì)算法公式：Pout （t）=Kp*e（t）+Ki*Ze（t）+Kd*（e（t）-e（t-1）；

　　上一次的計(jì)算值：

　　Pout（t-1）=Kp*e（t-1）+Ki*Ze（t-1）+Kd*（e（t-1）-e（-2））；兩式相減得到增量法計(jì)算公式：

　　Pdlt=Kp*（e（t）-e（t-1）+Ki*e（t）+Kd*（e（）-2*e（t-1）+e（-2）；*這里我們對項(xiàng)的表示應(yīng)該是對e（i）從1到t全部總和，但為了打字的簡便就記作Ze（t）.

　　比例調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

　　積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。

　　微分調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。