pid演算法的優缺點

❶ 什麼是「PID演算法」

「PID演算法」在過程式控制制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調節器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。

它具有原理簡單，易於實現，適用面廣，控制參數相互獨立，參數的選定比較簡單等優點；而且在理論上可以證明，對於過程式控制制的典型對象──「一階滯後+純滯後」與「二階滯後+純滯後」的控制對象，PID控制器是一種最優控制。

PID調節規律是連續系統動態品質校正的一種有效方法，它的參數整定方式簡便，結構改變靈活（PI、PD、…）。

控制點包含三種比較簡單的PID控制演算法，分別是：增量式演算法，位置式演算法，微分先行。 這三種PID演算法雖然簡單，但各有特點，基本上能滿足一般控制的大多數要求。

PID增量式演算法

離散化公式：

△u(k)= u(k)- u(k-1)

△u(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

進一步可以改寫成

△u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)。

❷ 1. 根據PI、PD、PID三種控制器的優缺點,說明各適用於什麼場合

一、PI，PD，PID系統的適用范圍，不同的控制策略適用於不同的控制系統，對於PID策略，用戶也可僅使用其中一部分功能或所有參數來控制不同的系統，例如可以使用PD調節器來調節大滯後環節。

二、PI、PD、PID優缺點：

1、PI調節器，兼顧快速性，減小或消除靜差（I調節器無調節靜差）

2、PD調節器，調節偏差快速變化時使調解量在最短的時間內得到強化調節，有調節靜差，適用於大滯後環節

3、PID調節器，兼顧PD調節器快速性，結合I調節器的無靜差特點，達到比較高的調節質量，根據不同需求選用不同調節器，像電源中因為不能過壓所以不會有D，都是PI調節器。

(2)pid演算法的優缺點擴展閱讀：

比例調節作用：按比例反應系統的偏差,系統一旦出現了偏差,比例調節立即產生調節作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調節,減少誤差,但是過大的比例,使系統的穩定性下降,甚至造成系統的不穩定。

積分調節作用：使系統消除穩態誤差,提高無誤差度。因為有誤差,積分調節就進行,直至無差,積分調節停止,積分調節輸出一常值。積分作用的強弱取決於積分時間常數Ti,Ti越小,積分作用就越強。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調節可使系統穩定性下降,動態響應變慢。積分作用常與另兩種調節規律結合,組成PI調節器或PID調節器。

簡單說來，PI控制器各校正環節的作用如下：

1．比例環節 即時成比例的反映控制系統的偏差信號，偏差一旦產生，控制器立即產生控製作用，以減少偏差。通常隨著值的加大，閉環系統的超調量加大，系統響應速度加快，但是當增加到一定程度，系統會變得不穩定。

2．積分環節 主要用於消除靜差，提高系統的無差度（型別）。積分作用的強弱取決於積分常數，積分常數越大，積分作用越弱，反之越強。閉環系統的超調量越小，系統的響應速度變慢。

總的來說，在控制工程實踐中，PI控制器主要是用來改善控制系統的穩態性能。

❸ 什麼是PID控制演算法

PID演算法具體分兩種：一種是位置式的 ，一種是增量式的。

位置式PID的輸出與過去的所有狀態有關，計算時要對e（每一次的控制誤差）進行累加，這個計算量非常大，而明顯沒有必要。而且小車的PID控制器的輸出並不是絕對數值，而是一個△，代表增多少，減多少。換句話說，通過增量PID演算法，每次輸出是PWM要增加多少或者減小多少，而不是PWM的實際值。所以明白增量式PID就行了。

PID的增量型公式：

PID=Uk+KP*【E(k)-E(k-1)】+KI*E(k)+KD*【E(k)-2E(k-1)+E(k-2)】

拓展資料:

PID=port ID，在STP（生成樹協議）中，若在埠收到的BPDU中BID和path cost相同時，則比較PID來選擇阻塞埠。數字電視復用系統名詞 PID(Packet Identifier) 在數字電視復用系統中它的作用好比一份文件的文件名，我們可以稱它為「標志碼傳輸包」 。工程式控制制和數學物理方面 PID（比例積分微分）英文全稱為Proportion Integration Differentiation，它是一個數學物理術語。PID由8位埠優先順序加埠號組成，埠號占低位，默認埠號優先順序128。

❹ PID演算法的介紹

在過程式控制制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調節器）是應用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易於實現，適用面廣，控制參數相互獨立，參數的選定比較簡單等優點；而且在理論上可以證明，對於過程式控制制的典型對象──「一階滯後+純滯後」與「二階滯後+純滯後」的控制對象，PID控制器是一種最優控制。PID調節規律是連續系統動態品質校正的一種有效方法，它的參數整定方式簡便，結構改變靈活（PI、PD、…）。

❺ 什麼是數字pid位置控制演算法和增量型控制演算法試比較它們的優缺點

(1）增量型演算法不需做累加，計算誤差後產生的計算精度問題，對控制量的計算影響較小。位置型演算法用到過去的誤差的累加，容易產生較大的累加誤差。
（2）增量型演算法得出的是控制的增量，不會影響系統的工作。位置型演算法的輸出是控制量的全部輸出，誤動作影響大
兩個的表達式都不同可以看看網路

❻ 增量式pid和位置式pid相比各有什麼優缺點

位置PID和增量PID之間的差異是不同的輸出，是否存在積分部分以及是否具有記憶功能。

1.輸出不同：位置PID控制的輸出與整個過去狀態有關，並且使用了誤差的累加值；而增量PID的輸出僅與當前拍和前兩拍的誤差有關，因此位置PID控制的累積誤差相對較大。

2．是否有積分部分：增量PID控制輸出為控制量增量，沒有積分功能，因此該方法適用於帶有積分部分的對象，例如步進電機等。 ，但位置PID適用於執行沒有積分部件的對象，例如電動液壓伺服閥。

3．是否具有記憶功能：由於增量PID輸出是控制量增量，因此，如果計算機出現故障，則故障影響較小，執行器本身具有記憶功能，該功能仍可保留且不會嚴重影響系統的工作，而位置輸出直接對應於對象的輸出，因此對系統影響較大。

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增量PID的特點：計算中不需要累加。控制增量Δu（k）的確定僅與最後三個采樣值有關，通過加權過程易於獲得較好的控制效果。每次計算機僅輸出控制增量，即與執行器位置相對應的變化量，因此機器在發生故障時影響范圍很小，不會嚴重影響生產過程；手動－自動切換的影響很小。

位置PID特性：在積分環節中，對從時間0到當前時間的所有偏差進行積分，這是一種非遞推式的全局積分。當前采樣時間的輸出與過去的每個時間相關，計算量很大，控制器的輸出對應於執行器的實際位置。如果計算失敗，則執行器的作用范圍會發生很大變化。

❼ 簡述PID控制的特點

1、其結構簡單，魯棒性和適應性較強；

2、其調節整定很少依賴於系統的具體模型；

3、各種高級控制在應用上還不完善；

4、大多數控制對象使用常規PID控制即可以滿足實際的需要；

5、高級控制難以被企業技術人員掌握。

但由於實際對象通常具有非線性、時變不確定性、強干擾等特性，利用常規PID控制器難以達到理想的控制效果；在生產現場，由於參數整定方法的復雜性，傳統PID控制器的參數是：通常是不好的設置和性能很差。這些因素限制了PID控制在復雜系統和高性能系統中的應用。

(7)pid演算法的優缺點擴展閱讀：

由於用途廣泛、使用靈活，已有系列化產品，使用時只需設置三個參數（KP、Ti和TD）。在很多情況下，不一定要三個單元都有，一個或兩個單元都可以取，但比例控制單元是必不可少的。

因此，PID控制器的參數選取必須兼顧動態與靜態性能指標要求，只有適當調整KP、Ki和KD參數，才能獲得滿意的控制性能。此外，還有基於增益優化的調整方法、基於總時間常數的調整方法、交叉兩點法和ISTE最優整定法。

❽ 模糊pid控制的優點

優點：原理簡單，使用方便，適應性強的特點。

缺點：制時精度低、抗干擾能力差等缺點。

PID模糊控制重要的任務是找出PID的三個參數與誤差e和誤差變化率ec之間的模糊關系，在運行中不斷檢測e和ec，根據確定的模糊控制規則來對三個參數進行在線調整,滿足不同e和ec時對三個參數的不同要求。

存在2種的復雜溫度控制器。一種方案是基於增加特殊性能的PID，另一種方案是模糊邏輯控制。

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模糊控制的基本原理：

為了實現對直線電機運動的高精度控制，系統採用全閉環的控制策略，但在系統的速度環控制中，因為負載直接作用在電機而產生的擾動，如果僅採用 PID 控制，則很難滿足系統的快速響應需求。

由於模糊控制技術具有適用范圍廣、對時變負載具有一定的魯棒性的特點，而直線電機伺服控制系統又是一種要求要具有快速響應性並能夠在極短時間內實現動態調節的系統，所以本文考慮在速度環設計了PID模糊控制器，利用模糊控制器對電機的速度進行控制，並同電流環和位置環的經典控制策略一起來實現對直線電機的精確控制。

❾ 使用大林和pid演算法分別對溫度控制系統進行控制各自有什麼優缺點

Smith補償與大林演算法的比較
摘要:研究了兩類用於時滯系統控制的方法,即包括自整定PID控制Smith預估控制和Dahlin演算法在內的經典控制方法和包括模糊控制,神經網路控制和模糊神經網路拉制在內的智能控制方法,經過比較後認為經典控制結構簡單,可靠性及實用性強,而智能控制則具有自適應性和堅固性好,抗干擾能力強的優勢,因而將這兩種控制方法結合起來是控制時滯系統有效實用的方法,具有很好的應用前景.
1引言
在工業生產過程中,具有時滯特性的控制對象是非常普遍的,例如造紙生產過程,精餾塔提餾級溫度控制過程,火箭發動機燃燒室中的燃燒過程等都是典型的時滯系統.為解決純滯後時間對系統控制性能帶來的不利影響,許多學者在理論和實氏
上做了大量的研究工作,提出了很多行之有效的方法.本文主要介紹其中兩類研究得比較多的控制方法,即最早在時滯系統控制中應用的幾種經典控制方法和近年來受到廣泛關注的智能控制方法.
2經典控制
所謂經典控制方法是指針對時滯系統控制問題提出並應用得最早的控制策略,主要包括自整定PID控制,Smith預估控制,大林演算法這幾種方法.這些方法雖然理論上比較簡單,但在實際應用中卻能收到很好的控制效果,因而在工業生產實踐中獲得了廣泛的應用.
2.1自整定PID控制
PID控制器由於具有演算法簡單,魯棒性好和可靠性高等特點,因而在實際控制系統設計中得到了廣泛的運用,據統計PID控制是在工業過程式控制制中應用最為廣泛的一種控制演算法.PID控制的難點在於如何對控制參數進行整定,以求得到最佳控制
效果.較早用來整定PID控制器參數的方法有:Ziegler-Nichols動態特性法,Cohen-Coon響應曲線法,基於積分平方准則ISE的整定法等.但是這些方法只能在對象模型精確己知的情況下,
Cui,Kunfln Zhang,Yifei實現PID參數的離線整定,當被控對象特性發生變化時,就必須重新對系統進行模型辨識.為了能在對象特性發生變化時,自動對控制器參數進行在線調整,以適應新的工況,PID參數的自整定技術就應運而生了.目前用於自整定的方法比較多,如繼電型自整定技術,基於過程特徵參數的自整定技術,基於給定相位裕度和幅值裕度的SPAM法自整定技術,基於遞推參數估計的自整定技術以及智能自整定技術等.總體來看這類自整定PID控制器對於(T為系統的慣性時間常數)的純滯後對象控制是有效的,但對於大純滯後對象,當時,按照上述方法整定的PID控制器則難以穩定.
2.2 Smith預估控制
Smith於1957年提出的預估控制演算法,通過引入一個與被控對象相並聯的純滯後環節,使補償後的被控對象的等效傳遞函數不包括純滯後項,這樣就可以用常規的控制方法(如PID或PI控制)對時滯系統進行控制.Smith預估控制方法雖然從理論
上解決了時滯系統的控制問題,但在實際應用中卻還存在很大缺陷.Palmor提出Smith預估器存在這樣兩點不足:1.它要求有一個精確的過程模型,當模型發生變化時,控制質量將顯著惡化;2.Smith預估器對實際對象的參數變化十分敏感,當參數變化較大時,閉環系統也會變得不穩定,甚至完全失效.Watanabe進一步指出Smith預估器的兩個主要缺陷:1.系統對擾動的響應很差;2.若控制對象中包含的極點時,即使控制器中含有積分器,系統對擾動的穩態誤差也不為零.另外Smith預估器還存在參數整定上的困難,這些缺陷嚴重製約了Smith預估器在實際系統中的應用.針對Smith預估器存在的不足,一些改進結構的Smith預估器就應運而生了.Hang C C等針對常規預估控制方案中要求受控對象的模型精確這一局限,在常規方案基礎上,外加調節器組成副迴路對系統進行動態修正,該方法的穩定性和
魯棒性比原來的Smith預估系統要好,它對對象的模型精度要求明顯地降低了.Watanabe提出的改進結構的Smith預估器採用了一個抑制擾動的動態補償器M(s),通過配置M(s)的極點,能夠獲得較滿意的擾動響應及對擾動穩態誤差為零.對於Smith預估器的參數整定問題,張衛東等人提出了一種解析設計方法,並證明該控制器可以通過常規的PID控制器來實現,從而能根據給定的性能要求(超調或調節時間)來設計控制器參數.
2.3大林演算法
大林演算法是由美國IBM公司的Dahlin於1968年針對工業過程式控制制中的純滯後特性而提出的一種控制演算法.該演算法的目標是設計一個合適的數字調節器D(z),使整個系統的閉環傳遞函數相當於一個帶有純滯後的一階慣性環節,而且要求閉環系統的純滯後時間等於被控對象的純滯後時間.大林演算法方法比較簡單,只要能設計出合適的且可以物理實現的數字調節器D(z),就能夠有效地克服純滯後的不利影響,因而在工業生產中得到了廣泛應用.但它的缺點是設計中存在振鈴現象,且與Smith演算法一樣,需要一個准確的過程數字模型,當模型誤差較大時,控制質量將大大惡化,甚至系統會變得不穩定.實際上已有文獻證明,只要在Smith預估器中按給定公式設計調節器D伺,則Smith預估器與Dahlin演算法是等價的,Dahlin演算法可以看作是Smith預估器的一種特殊情況.

❿ 一文搞懂PID控制演算法

PID演算法是工業應用中最廣泛演算法之一，在閉環系統的控制中，可自動對控制系統進行准確且迅速的校正。PID演算法已經有100多年歷史，在四軸飛行器，平衡小車、汽車定速巡航、溫度控制器等場景均有應用。

之前做過循跡車項目，簡單循跡搖擺幅度較大，效果如下所示：

PID演算法優化後，循跡穩定性能較大提升，效果如下所示：

PID演算法：就是「比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）」，是一種常見的「保持穩定」控制演算法。

常規的模擬PID控制系統原理框圖如下所示：

因此可以得出e(t)和u(t)的關系：

其中：

Kp：比例增益，是調適參數；

Ki：積分增益，也是調適參數；

Kd：微分增益，也是調適參數；

e：誤差=設定值（SP）- 回授值（PV）；

t：目前時間。

數學公式可能比較枯燥，通過以下例子，了解PID演算法的應用。

例如，使用控制器使一鍋水的溫度保持在50℃，小於50℃就讓它加熱，大於50度就斷電不就行了？

沒錯，在要求不高的情況下，確實可以這么干，如果換一種說法，你就知道問題出在哪裡了。

如果控制對象是一輛汽車呢？要是希望汽車的車速保持在50km/h不動，這種方法就存在問題了。

設想一下，假如汽車的定速巡航電腦在某一時間測到車速是45km/h，它立刻命令發動機：加速！

結果，發動機那邊突然來了個100%全油門，嗡的一下汽車急加速到了60km/h，這時電腦又發出命令：剎車！結果乘客吐......

所以，在大多數場合中，用「開關量」來控制一個物理量就顯得比較簡單粗暴了，有時候是無法保持穩定的，因為單片機、感測器不是無限快的，採集、控制需要時間。

而且，控制對象具有慣性，比如將熱水控制器拔掉，它的「余熱」即熱慣性可能還會使水溫繼續升高一小會。

此時就需要使用PID控制演算法了。

接著咱再來詳細了解PID控制演算法的三個最基本的參數：Kp比例增益、Ki積分增益、Kd微分增益。

1、Kp比例增益

Kp比例控制考慮當前誤差，誤差值和一個正值的常數Kp（表示比例）相乘。需要控制的量，比如水溫，有它現在的 當前值 ，也有我們期望的 目標值 。

當兩者差距不大時，就讓加熱器「輕輕地」加熱一下。

要是因為某些原因，溫度降低了很多，就讓加熱器「稍稍用力」加熱一下。

要是當前溫度比目標溫度低得多，就讓加熱器「開足馬力」加熱，盡快讓水溫到達目標附近。

這就是P的作用，跟開關控制方法相比，是不是「溫文爾雅」了很多。

實際寫程序時，就讓偏差（目標減去當前）與調節裝置的「調節力度」，建立一個一次函數的關系，就可以實現最基本的「比例」控制了~

Kp越大，調節作用越激進，Kp調小會讓調節作用更保守。

若你正在製作一個平衡車，有了P的作用，你會發現，平衡車在平衡角度附近來回「狂抖」，比較難穩住。

2、Kd微分增益

Kd微分控制考慮將來誤差，計算誤差的一階導，並和一個正值的常數Kd相乘。

有了P的作用，不難發現，只有P好像不能讓平衡車站起來，水溫也控製得晃晃悠悠，好像整個系統不是特別穩定，總是在「抖動」。

設想有一個彈簧：現在在平衡位置上，拉它一下，然後鬆手，這時它會震盪起來，因為阻力很小，它可能會震盪很長時間，才會重新停在平衡位置。

請想像一下：要是把上圖所示的系統浸沒在水裡，同樣拉它一下 ：這種情況下，重新停在平衡位置的時間就短得多。

此時需要一個控製作用，讓被控制的物理量的「變化速度」趨於0，即類似於「阻尼」的作用。

因為，當比較接近目標時，P的控製作用就比較小了，越接近目標，P的作用越溫柔，有很多內在的或者外部的因素，使控制量發生小范圍的擺動。

D的作用就是讓物理量的速度趨於0，只要什麼時候，這個量具有了速度，D就向相反的方向用力，盡力剎住這個變化。

Kd參數越大，向速度相反方向剎車的力道就越強，如果是平衡小車，加上P和D兩種控製作用，如果參數調節合適，它應該可以站起來了。

3、Ki積分增益

Ki積分控制考慮過去誤差，將誤差值過去一段時間和（誤差和）乘以一個正值的常數Ki。

還是以熱水為例，假如有個人把加熱裝置帶到了非常冷的地方，開始燒水了，需要燒到50℃。

在P的作用下，水溫慢慢升高，直到升高到45℃時，他發現了一個不好的事情：天氣太冷，水散熱的速度，和P控制的加熱的速度相等了。

這可怎麼辦？

P兄這樣想：我和目標已經很近了，只需要輕輕加熱就可以了。

D兄這樣想：加熱和散熱相等，溫度沒有波動，我好像不用調整什麼。

於是，水溫永遠地停留在45℃，永遠到不了50℃。

根據常識，我們知道，應該進一步增加加熱的功率，可是增加多少該如何計算呢？

前輩科學家們想到的方法是真的巧妙，設置一個積分量，只要偏差存在，就不斷地對偏差進行積分（累加），並反應在調節力度上。

這樣一來，即使45℃和50℃相差不是太大，但是隨著時間的推移，只要沒達到目標溫度，這個積分量就不斷增加，系統就會慢慢意識到：還沒有到達目標溫度，該增加功率啦！

到了目標溫度後，假設溫度沒有波動，積分值就不會再變動，這時，加熱功率仍然等於散熱功率，但是，溫度是穩穩的50℃。

Ki的值越大，積分時乘的系數就越大，積分效果越明顯，所以，I的作用就是，減小靜態情況下的誤差，讓受控物理量盡可能接近目標值。

I在使用時還有個問題：需要設定積分限制，防止在剛開始加熱時，就把積分量積得太大，難以控制。

PID演算法的參數調試是指通過調整控制參數（比例增益、積分增益/時間、微分增益/時間） 讓系統達到最佳的控制效果 。

調試中穩定性（不會有發散性的震盪）是首要條件，此外，不同系統有不同的行為，不同的應用其需求也不同，而且這些需求還可能會互相沖突。

PID演算法只有三個參數，在原理上容易說明，但PID演算法參數調試是一個困難的工作，因為要符合一些特別的判據，而且PID控制有其限制存在。

1、穩定性

若PID演算法控制器的參數未挑選妥當，其控制器輸出可能是不穩定的，也就是其輸出發散，過程中可能有震盪，也可能沒有震盪，且其輸出只受飽和或是機械損壞等原因所限制。不穩定一般是因為過大增益造成，特別是針對延遲時間很長的系統。

2、最佳性能

PID控制器的最佳性能可能和針對過程變化或是設定值變化有關，也會隨應用而不同。

兩個基本的需求是調整能力（regulation，干擾拒絕，使系統維持在設定值）及命令追隨 （設定值變化下，控制器輸出追隨設定值的反應速度）。有關命令追隨的一些判據包括有上升時間及整定時間。有些應用可能因為安全考量，不允許輸出超過設定值，也有些應用要求在到達設定值過程中的能量可以最小化。

3、各調試方法對比

4、調整PID參數對系統的影響