pid是什么（pid是什么意思）

(1)首先我们来彻底了解一下什么是PID？

什么是PID？

PID，代表“比例、积分和微分”，是一种非常常见的控制算法。在工程实践中，应用最广泛的调节器控制规则是比例、积分、微分控制，简称PID控制，也称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、运行可靠、调节方便而成为工业控制的主要技术之一。

算法是不能吃的。

PID已经107岁了。

这并不是什么非常神圣的事情。大家一定都见过PID的实际应用。

例如，四轴飞行器、平衡车……汽车的巡航控制、3D打印机上的温度控制器……

类似这样：每当某个物理量需要“稳定”（如保持平衡、稳定温度、速度等）时，PID就会派上用场。

那么问题来了：

比如我想控制一个“热快”，让一壶水的温度保持在50

为什么我们需要使用微积分理论来完成如此简单的任务？

你一定在想：

这不是那么容易吗？如果低于50度，就让它加热。如果超过50度，就会关闭电源。这样不行吗？只需几分钟即可在Arduino中编写几行代码。

没错~要求不高的话确实可以这么做~但是！如果换个角度来说，你就知道问题出在哪里了：

如果我控制的对象是汽车怎么办？

如果你想让车速保持在50公里/小时不变，你怎么敢这么做？

想象一下，如果汽车的巡航控制计算机在某个时间测量到45公里/小时的速度。它立即命令发动机：加速！

结果，发动机突然100%全油门，伴随着嗡嗡声，车子加速到了60公里/小时。

这时，电脑又发出了一条命令：刹车！

结果，吱吱……哇……（乘客吐了）

因此，大多数情况下，用一个“开关量”来控制一个物理量是比较简单粗暴的。有时，保持稳定是不可能的。由于微控制器和传感器的速度不是无限快，因此收集和控制需要时间。

而且，控制对象具有惯性。例如，如果拔掉加热器的插头，其“余热”（即热惯性）可能会导致水温在短时间内继续升高。

这时候就需要一个“算法”：

可以使需要控制的物理量接近目标

它可以“预见”这个量的变化趋势

还可消除因散热、电阻等因素引起的静态误差。

……

于是，当时的数学家发明了这个经久不衰的算法——，这就是PID。

你应该已经知道P、I、D是三种不同的调节功能。它们可以单独使用（P、I、D）、两个使用（PI、PD）或三个一起使用。（PID）。

这三个函数有什么区别呢？先生，别着急，听我慢慢说

我们先来说说PID控制器的三个最基本的参数：kP、kI、kD。

k

P是比例的意思。它的效果是最明显的，原理也是最简单的。我们先来说说这个：

需要控制的量，比如水温，有它当前的“当前值”和我们期望的“目标值”。

当两者相差不大时，让加热器“轻轻”加热。

如果由于某种原因温度下降很多，请给加热器“稍微用力”的加热。

如果当前温度远低于目标温度，就让加热器“全功率”加热水，尽快让水温接近目标温度。

这就是P的作用，相对于开关控制方式来说，要“温柔”得多。

实际编写程序时，让偏差（目标减去电流）与调节装置的“调节强度”建立线性函数关系，即可实现最基本的“比例”控制~

kP越大，调整效果越激进，kP越小，调整效果越保守。

如果你在做平衡车，用P功能，你会发现平衡车在平衡角附近来回“剧烈晃动”，很难稳定。

如果您已经达到这一步——，恭喜您！距离成功仅一步之遥~

kD

D的作用比较容易理解，所以先讲D，最后讲。

刚才我们有了P的效果，不难发现，只有P似乎无法让平衡站站起来，而且水温在控制上也摇摇欲坠。看起来整个系统都不是特别稳定，总是在“摇晃”。

您在脑海中想象一个弹簧：现在处于平衡位置。拉住它，然后放开。此时它会振动。由于阻力很小，它可能会振荡很长一段时间，然后才能回到平衡位置。

想象一下，如果将上面所示的系统浸入水中并再次拉动：在这种情况下，返回平衡位置的时间会短得多。

我们需要一种控制效果，使受控物理量的“变化速度”趋于0，类似于“阻尼”效果。

因为，当距离目标越近时，P的控制作用就比较小。越接近目标，P的影响越平缓。导致控制量在小范围内摆动的内部或外部因素有很多。

D的作用是使一个物理量的速度趋于0。每当这个量有速度时，D就会向相反的方向施加力，并尽力阻止这种变化。

kD参数越大，与速度相反方向的制动力越强。

如果是平衡车，有P、D控制功能，如果参数调整得当，应该能站起来~欢呼吧。

等等，我真想再拥有PID三兄弟之一。看起来PD可以保持物理量稳定，那我为什么需要它呢？

因为我们忽略了一个重要的情况：

ikB

我们以热水为例。假设有人把我们的加热设备带到一个非常冷的地方并开始烧水。需要加热到50。

在P的作用下，水温缓慢升高。当达到45时，他发现了一件坏事：天气太冷了，水的消散速度等于P控制的加热速度。

这是怎么办？

P哥是这样想的：我已经离目标很近了，只需轻轻加热即可。

D哥是这样想的：加热和散热是对等的，温度没有波动，我好像不需要调整什么。

结果，水温永远保持在45，永远不会达到50。

作为人类，我们根据常识知道，加热的功率应该进一步增加。但增量如何计算呢？

前辈科学家想出的方法真是巧妙。

设置积分金额。只要偏差存在，偏差就会不断积分（累积）并反映在调整力度上。

这样，即使45和50相差不是太大，随着时间的推移，只要没有达到目标温度，积分就会不断增加。系统会慢慢意识到还没有达到目标温度，是时候增加功率了！

达到目标温度后，假设没有温度波动，积分值不会再发生变化。此时，加热功率仍等于制冷功率。然而，温度稳定在50C。

kI的值越大，积分时乘的系数越大，积分效果越明显。

因此，I的作用是减少静态条件下的误差，使受控物理量尽可能接近目标值。

我在使用时仍然遇到一个问题：我需要设置一个点限制。这样可以防止刚开始加热时积分量过大而难以控制。

（2）我们看一下PID如何调节？

（PID参数调节技巧）

寻找最佳参数设置，从小到大顺序搜索

先求比例，再求积分，最后求微分

曲线振荡频繁，需要放大比例刻度盘。

曲线围绕海湾浮动，比例刻度盘变小。

当曲线偏离时，恢复缓慢，积分时间减少。

曲线波动周期较长，积分时间也会较长。

曲线振荡频率快，所以首先减小微分

大的动态差异导致缓慢的波动。应延长分化时间

理想的曲线有两波，前高后低四比一。

你再看第二次调整，多分析一下，调整的质量不会低。

为了加速反应，增加P并减少I

要减慢反应速度，请减少P并增加I

如果该比值太大，会引起系统振荡。

如果积分太大，会导致系统迟缓。