【分享帖】PID控制算法详解(单环PID、串级PID)

Tony_Stark · 2015-10-10 09:55:44

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完整的资料都在附件里。

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这只是部分···原文好长好长(而且这里没图)

常用四轴的两种PID算法讲解(单环PID、串级PID)
这里主要讲解的PID算法属于一种线性控制器，这种控制器被广泛应用于四轴上。要控制四轴，显而易见的是控制它的角度，那么最简单，同时也是最容易想到的一种控制策略就是角度单环PID控制器，系统框图如图所示：

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2015-10-10 18:34 上传

或许有些朋友看得懂框图，但是编程实现有一定困难，在这里笔者给出了伪代码：

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单级PID伪代码.jpg (25.31 KB, 下载次数: 7)

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2015-10-10 18:34 上传

上述角度单环PID控制算法仅仅考虑了飞行器的角度信息，如果想增加飞行器的稳定性(增加阻尼)并提高它的控制品质，我们可以进一步的控制它的角速度，于是角度/角速度-串级PID控制算法应运而生。在这里，相信大多数朋友已经初步了解了角度单环PID的原理，但是依旧无法理解串级PID究竟有什么不同。其实很简单：它就是两个PID控制算法，只不过把他们串起来了(更精确的说是套起来)。那这么做有什么用？答案是，它增强了系统的抗干扰性(也就是增强稳定性)，因为有两个控制器控制飞行器，它会比单个控制器控制更多的变量，使得飞行器的适应能力更强。为了更为清晰的讲解串级PID，这里笔者依旧画出串级PID的原理框图，如图所示：

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2015-10-10 18:34 上传

同样，为了帮助一些朋友编程实现，给出串级PID伪代码：

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2015-10-10 18:34 上传

而笔者在整定串级PID时的经验则是：先整定内环PID，再整定外环P。

内环P：从小到大，拉动四轴越来越困难，越来越感觉到四轴在抵抗你的拉动；到比较大的数值时，四轴自己会高频震动，肉眼可见，此时拉扯它，它会快速的振荡几下，过几秒钟后稳定；继续增大，不用加人为干扰，自己发散翻机。
特别注意：只有内环P的时候，四轴会缓慢的往一个方向下掉，这属于正常现象。这就是系统角速度静差。

内环I：前述PID原理可以看出，积分只是用来消除静差，因此积分项系数个人觉得没必要弄的很大，因为这样做会降低系统稳定性。从小到大，四轴会定在一个位置不动，不再往下掉；继续增加I的值，四轴会不稳定，拉扯一下会自己发散。
特别注意：增加I的值，四轴的定角度能力很强，拉动他比较困难，似乎像是在钉钉子一样，但是一旦有强干扰，它就会发散。这是由于积分项太大，拉动一下积分速度快，给的补偿非常大，因此很难拉动，给人一种很稳定的错觉。

内环D：这里的微分项D为标准的PID原理下的微分项，即本次误差-上次误差。在角速度环中的微分就是角加速度，原本四轴的震动就比较强烈，引起陀螺的值变化较大，此时做微分就更容易引入噪声。因此一般在这里可以适当做一些滑动滤波或者IIR滤波。从小到大，飞机的性能没有多大改变，只是回中的时候更加平稳；继续增加D的值，可以肉眼看到四轴在平衡位置高频震动(或者听到电机发出滋滋的声音)。前述已经说明D项属于辅助性项，因此如果机架的震动较大，D项可以忽略不加。

外环P：当内环PID全部整定完成后，飞机已经可以稳定在某一位置而不动了。此时内环P，从小到大，可以明显看到飞机从倾斜位置慢慢回中，用手拉扯它然后放手，它会慢速回中，达到平衡位置；继续增大P的值，用遥控器给不同的角度给定，可以看到飞机跟踪的速度和响应越来越快；继续增加P的值，飞机变得十分敏感，机动性能越来越强，有发散的趋势。

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Tony_Stark · 2015-10-10 10:05:45

我还没整理好····附件还在弄

Tony_Stark · 2015-10-10 13:02:10

附件上传，现在已经弄好了,有点贵，但是值得这个价

Tony_Stark · 2015-10-12 08:00:17

逆光飞行发表于 2015-10-12 07:33
能不能给我发邮箱呢？

早上满课~~中午回来马上发~~不好意思

Tony_Stark · 2015-10-12 10:11:33

sk2214 发表于 2015-10-12 09:42
这是什么原因啊~~~你也给我发邮箱吧~

嗯我待会重新上传，还有直接发给你，不好意思

Tony_Stark · 2015-10-12 12:52:42

现在已经能正常下载~~感恩大家的支持

Tony_Stark · 2015-10-13 00:06:21

jerry_chy 发表于 2015-10-13 00:01
楼主能不能发我一份，表示买不了~~

你确定？我已经重新弄好了呀

Tony_Stark · 2015-10-13 00:08:06

jerry_chy 发表于 2015-10-13 00:01
楼主能不能发我一份，表示买不了~~

刚刚发过去了

Tony_Stark · 2015-10-16 19:24:11

漂亮电工发表于 2015-10-14 10:38
PID中的微分，不是应该是对角度误差进行微分的么，那么角度误差的微分为什么会是角度的微分呢？比如当 ...

其实角度的误差的微分和角度的微分讲的是同一种东西你仔细看~~

Tony_Stark · 2015-10-16 19:24:33

本帖最后由 Tony_Stark 于 2015-10-16 19:27 编辑

漂亮电工发表于 2015-10-14 10:38
PID中的微分，不是应该是对角度误差进行微分的么，那么角度误差的微分为什么会是角度的微分呢？比如当 ...

确实是···不过大家都这样用~~所以~~我试着能不能找出原因···

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