四轴和多轴飞行器调PID平衡的绝招

设计PID算法、控制进程控制中偏差率(p)、积分(I)和差分(d)的PID控制器(也称为PID控制器)是最常用的自动控制器之一。其优点是原理简单，易于实现，应用范围广，控制参数相互独立，参数的选择比较简单。理论上可以证明PID控制器是过程控制的典型对象-一阶延迟纯滞后和二阶延迟纯滞后的控制对象的最优控制。PID调整规则是连续系统动态质量修正的有效方法，参数调整方法简单，结构变更灵活(PI、PD、)。PID是比率、积分、微分的缩写，用于通过线性组合控制受控制的对象，即p(偏差率)、I(积分)和d(微分)。这些控制器称为PID控制器。PID算法控制原理、PID调节器的优点、PID调节器持续的原因主要有以下优点。1.技术成熟2。熟悉容易掌握。3.没有必要建立数学模型。4.控制效果好。PID控制器类型，1 .比例调节器2。比例积分调节器3。比例微分调节器4。比例积分微分调节器，1。比例调节器，比例调节器的微分方程如下。y=KPe(t)(1)表达式：y是调节器输出；Kp是比例系数。输入E(t)控制器的偏差。从下而上看，调节器的输出与输入偏差成正比。因此，出现偏差的特点是，每当出现偏差的时候，就产生相应的调节作用，可以及时调节。比例调节器的特性曲线，如图1所示。图1阶段响应特性曲线，2 .比例积分调节器，所谓积分作用，其输出与输入偏差的积分成正比。积分方程式为：(2)表达式中：TI是积分时间常数，表示积分速度的大小，TI越大，积分速度越慢，积分效果越弱。积分效果的响应特性曲线，如图2所示。图2积分作用响应曲线，比例和积分相结合(3)，PI调节器的输出特性曲线如图3所示，图3PI调节器的输出特性曲线，3。比例微分调节器、微分调节器的微分方程如下：(4)微分作用响应曲线如图4所示。PD调节器的阶跃响应曲线如图5所示。4 .比例积分微分调节器为了进一步提高调节质量，经常结合比例、积分、微分三个作用形成PID调节器。理想的PID微分方程是，图6PID调节器阶跃响应特性曲线，PID参数选择规则，调谐参数优化搜索，从小到大；先调整比率，然后积分，最后添加微分效果。曲线冲击很频繁，比例尺度必须扩大。曲线浮动波动，比率尺度必须小；曲线偏离慢响应，积分时间向小幅度减少移动。曲线波动周期长，积分时间长。曲线冲击动作复杂，微分时间要长。仿真PID控制原理、仿真PID控制系统图如下图所示。此系统由模拟PID控制器和控制对象组成。图中，r(t)是给定值，y(t)是系统的实际输出值，给定值和实际输出值是控制偏差e(t)，e (t)=r (t)-y (t) e (t)是PID控制器的实际输出值其中u(t)调节器的输出信号；对应于给定值和测量值之间的差值的e(t)调节器的偏差信号(KP比例系数TI积分时间TD微分时间u0控制常数KP/TI积分系数KP/TD积分系数)，比例环在偏差时刻起快速反应的作用。生成偏差时，控制器会立即生成控制效果，以在偏差减少的方向上更改控制量。控制效果的强弱取决于比例系数KP，KP越大，控制越强，但KP越大，系统冲击可能会破坏系统的稳定性。积分链接的作用是使用偏差的积累作为输出。只要控制过程中存在偏差，积分环的输出就会继续增大。结果u(t)保持恒定不变，直到偏差e(t)=0，因此在指定值r(t)保持不变的情况下，系统趋于正常。积分环的调节效果消除了静态误差，但降低了系统的响应速度，增加了系统的超调。积分常数TI越大，积分的积累就越弱。增加积分常数TI会减慢静态错误消除过程，但可以减少过度补偿并提高系统的稳定性。因此，必须根据实际控制的具体要求确定TI。差分链路的作用是防止偏差的变化。受偏差的变化趋势(变化速度)控制。偏差变化越快，微分控制器的输出就越大，在偏差变大之前可以进行修正。引进未分化效果将有助于减少过度自信，克服冲击，稳定系统。但是，微分的作用对输入信号的噪声敏感，在噪声大的系统中，通常不使用微分，或者在微分工作之前过滤输入信号。适当选择微分常数TD，微分的效果最佳。PID控制表达式的数字化，计算机的出现使计算机进入了控制领域。人们在计算机中引入了模拟PID控制定律。由于计算机控制是采样控制，因此只能根据采样许可的偏差计算控制量，不能像模拟控制那样持续控制连续输出控制量。由于这种特性，不能在公式中直接使用积分和微分，必须进行离散处理。离散化将t用作采样周期，将k用作采样序列，离散采样时间kT相当于连续时间t，可以使用增量格式代替积分，不使用微分，将其用作以下近似变换：自下而上，为了方便起见，将类似于e(kT)的形状简化为ek形式，以获得离散PID表达式：2，uk k第一次采样时的计算机输出值ek k第一次采样时输入的偏差ek第k-1次采样时输入的偏差KI积分系数(积分时间TI为累积数/T)KD微分系数u 03354开始控制PID时的原始初始值(，PID是编程时的uo(n)=p * e(n)I *e(n)e(n-1).更改e (0) (d * e (n)-e (n-1)-p-p可以提高响应速度并减少静态错误，但是如果太大，则会增加过度补偿和稳定时间。工作方式与I - p基本相似，但是要使静态误差为零，必须使用积分。与D - P，I相反，主要是为了减少过度膨胀和减少稳定时间。E (n)-此错误e (n) e (n-1).e (0)-所有误差的和e (n)-e (n-1)-控制器输出和输入误差信号的差值(即误差的变化率)可以预测在形成偏差之前不形成偏差的趋势，从而产生高级控制效果。因此，可以提高系统的动态性能。如果适合微分时间选择，则可以减少超调，减少调整时间。差动作用对噪声干扰有放大效应，过分的额外差动控制不利于系统的抗干扰。要综合考虑三个参数，通常需要调整I，D为0，p，达到基本响应速度和错误，添加I使错误为零，然后添加D，三个参数反复调试，结果会得到更好的结果。根据控制对象的不同，调试的困难有很大的不同！如果有确定PID参数整体计时PID参数的理论方法，当然这是最理想的方法，但是在实际应用程序中，更多的是使用尝试方法来确定PID的参数。增加比例因子p通常可以加快系统的响应，如果存在静态差异，也有助于静态减小，但是比例因子越大，系统的超冲越大，产生振动，从而降低稳定性。增加积分时间I有助于减少超调和减少振动，从而提高系统的稳定性，但增加了系统静态消除时间。增加差分时间d有助于加快系统的响应速度，减少系统过载，增加稳定性，但降低系统对扰动的抑制能力。微分是误差的波动率，预测可预测偏差变化的趋势，因此，在偏差形成之前，作为微分调节消除的高级控制作用。因此，可以提高系统的动态性能。如果适合微分时间选择，则可以减少超调，减少调整时间。差动作用对噪声干扰有放大效应，过分的额外差动控制不利于系统的抗干扰。将调整后的比例系数缩小一点(通常减小到原始值的0.8)，然后减小积分时间，以在保持良好动态性能的情况下消除系统的静态差值。在此过程中，根据系统响应曲线的好坏，可以反复改变比例系数和积分时间，得到满意的控制过程和调谐参数。在上述调整过程中，如果反复调整系统的动态过程不能得到满意的结果，可以添加差分链路。首先，将微分时间d设置为0，按如上所述逐步增加差分时间，同时，相应地更改缩放系数和积分时间，逐步尝试，直到获得满意的调整效果。PID中的参数设置可通过以下内容找到：参数调整的最佳位置：从最小到大，首先是比例积分后，最后是微分加曲线振动非常频繁，比例圆盘需要放大围绕大海湾浮动的曲线，比例圆盘摆脱小扳手曲线，返回到慢响应，积分时间缩短曲线波动周期长，积分时间使曲线振动频率更长，差异波动更慢。微分时间必须扩展异常曲线的两个波。第一高后，4比1低2吨多分析，调整质量不低，参考上述参数对系统控制过程的影响趋势，可以实现参数调整的第一比、后积分、下一差设置步骤。首先调整比例部分。将“比例”参数从较小的值放大，观察相应的系统响应，直到得到反应快、反应小的响应曲线。如果系统不是静态到可接受的范围，或者静态差很小，并且对响应曲线已经满意，则只需要比例调节器。如果系统的静态差异不符合基于比例调整的设计要求，则需要添加统一链接。积分时间在总计时中设定为较大的值(积分系数必须小，而不是积分系数)。以PID调节器为例，说明了实验性调谐阶段，如下所示：930调节器参数积分系数S0=0，实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行。观察控制过程，直到从小到大的变化率系数S1，扰动信号阶跃变化，得到满意的控制过程。比例系数S1将当前值乘以0.83，将积分系数S0从较小值增加到较大值，同样，在获得满意的控制过程之前，对扰动信号进行相位变化。(3)积分系数S0保持不变，通过改变比例系数S1观察控制过程是否改善，然后继续调整，直到满意为止。否则，将原始比例系数S1稍微增加，然后尝试调整积分系数S0以改进控制过程。反复尝试，直到找到满意的比例系数S1和积分系数S0。引入适当的实际微分系数k和实际微分时间TD后，比例系数S1和积分系数S0相应增加。与前面的步骤一样，差分时间设置也必须反复调整，直到控制过程满意为止。注：仿真系统使用不同于传统工业PID调节器的PID调节器相互隔离，互不影响，因此观察调节规律很方便。PID参数取决于控制对象的惯性。大惯性范例：大型干燥室的温度控制，一般p可以超过10个，I=3-10，D=1左右。小惯性：带有压力闭环控制泵的小马达通常仅由PI控制。P=1-10，I=0.1-1，D=0，现场调试时更正。，增量PID控制算法，如果仅需要计算控制量的增量 uk，则可以使用增量PI