PID参数解析：一文读懂PID并会调试kp，ki，kd（位置式增量式PID）

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PID参数解析：一文读懂PID并会调试kp，ki，kd（位置式增量式PID）

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来源

https://www.kpfans.com/article/K5E2Aw3OvD.html

PID控制是工业自动化领域中最常用的控制算法之一，广泛应用于各种需要精确控制的场景，如温度控制、速度控制、位置控制等。本文将从PID控制的基本概念出发，深入解析其各个参数的作用及其对系统性能的影响，并通过具体的代码示例和响应曲线分析，帮助读者掌握PID参数的调节方法。

什么是PID

PID控制是一种基于误差的反馈控制算法，通过比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数的组合来实现对系统的精确控制。具体来说：

P（比例）：将误差与比例系数相乘，直接反映误差的大小。
I（积分）：对误差进行积分运算，消除系统的稳态误差。
D（微分）：对误差进行微分运算，预测误差的变化趋势。

在实际应用中，PID控制的目标是使系统的输出尽可能接近设定值，同时保证系统的稳定性和响应速度。

PID参数对系统性能的影响

比例系数Kp

随着比例系数Kp的增加，系统的响应速度会加快，但同时也会导致超调量增大，系统震荡加剧。因此，Kp的设置需要在响应速度和稳定性之间取得平衡。

积分时间常数Ti

积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti。Ti越小，积分作用就越强，反之则积分作用减弱。积分控制的主要作用是改善系统的稳态性能，消除系统的稳态误差。但是，加入积分控制会使得系统的相对稳定性变差，Ti值的减小可能导致系统的超调量增大，Ti值的增大可能使得系统响应趋于稳态值的速度减慢。

微分时间常数Td

随着微分时间常数Td的增加，闭环系统响应的响应速度加快，调节时间减小。微分环节的主要作用是提高系统的响应速度。但是过大的Kd值会因为系统造成或者受控对象的大时间延迟而出现问题。微分环节对于信号无变化或变化缓慢的系统不起作用。

PID控制算法的两种实现方式

位置型控制算法

位置闭环控制就是根据编码器的脉冲累加测量电机的位置信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程。

代码实现如下：

int Position_PID (int Encoder,int Target)
{
 static float Bias,Pwm,Integral_bias,Last_Bias;
 Bias=Encoder-Target; //计算偏差
 Integral_bias+=Bias; //求出偏差的积分
 Pwm=Position_KP*Bias+Position_KI*Integral_bias+Position_KD*(Bias-Last_Bias);
 Last_Bias=Bias;       //保存上一次偏差
 return Pwm;           //输出
}

增量型控制算法

速度闭环控制就是根据单位时间获取的脉冲数（这里使用了M法测速）测量电机的速度信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程。

代码实现如下：

int Incremental_PI (int Encoder,int Target)
{
  static float Bias,Pwm,Last_bias;
  Bias=Encoder-Target;                                  //计算偏差
  Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias;   //增量式PI控制器
  Last_bias=Bias;                                    //保存上一次偏差
  return Pwm;                                           //增量输出
}