改进初学者的PID-正反作用

最近看到了Brett Beauregard发表的有关PID的系列文章，感觉对于理解PID算法很有帮助，于是将系列文章翻译过来！在自我提高的过程中，也希望对同道中人有所帮助。作者Brett Beauregard的原文网址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-direction/

1、问题所在

将PID连接过程分为两组：直接作用和反向作用。到目前为止，我所展示的所有例子都是直接行动。也就是说，输出的增加会导致输入的增加。对于反向作用过程，情况正好相反。例如，在冰箱中，冷却水的增加会导致温度下降。要使初学者 PID 使用反向过程，kp、ki 和 kp 的符号都必须为负数。

这本身不是问题，但用户必须选择正确的符号，并确保所有参数都具有相同的符号。

2、解决方案

为了让这个过程简单一点，我要求 kp、ki 和 kp 都是大于等于0的。如果用户连接到反向进程，则使用SetControllerDirection函数指定反向进程。这可以确保所有参数都具有相同的符号，并使事情操作起来更直观。

3、代码

/*working variables*/
unsigned long lastTime;
double Input，Output，Setpoint;
double ITerm，lastInput;
double kp，ki，kd;
int SampleTime = 1000;//1 sec
double outMin，outMax;
bool inAuto = false;#define MANUAL 0
#define AUTOMATIC 1#define DIRECT 0
#define REVERSE 1
int controllerDirection = DIRECT;void Compute()
{if(!inAuto) return;unsigned long now = millis();int timeChange = (now - lastTime);if(timeChange>=SampleTime){/*Compute all the working error variables*/double error = Setpoint - Input;ITerm+= (ki * error);if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;double dInput = (Input - lastInput);/*Compute PID Output*/Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;if(Output > outMax) Output = outMax;else if(Output < outMin) Output = outMin;/*Remember some variables for next time*/lastInput = Input;lastTime = now;}
}void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
{if (Kp<0 || Ki<0|| Kd<0) return;double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;kp = Kp;ki = Ki * SampleTimeInSec;kd = Kd / SampleTimeInSec;if(controllerDirection ==REVERSE){kp = (0 - kp);ki = (0 - ki);kd = (0 - kd);}
}void SetSampleTime(int NewSampleTime)
{if (NewSampleTime > 0){double ratio  = (double)NewSampleTime/(double)SampleTime;ki *= ratio;kd /= ratio;SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;}
}void SetOutputLimits(double Min，double Max)
{if(Min > Max) return;outMin = Min;outMax = Max;if(Output > outMax) Output = outMax;else if(Output < outMin) Output = outMin;if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;
}void SetMode(int Mode)
{bool newAuto = (Mode == AUTOMATIC);if(newAuto == !inAuto){  /*we just went from manual to auto*/Initialize();}inAuto = newAuto;
}void Initialize()
{lastInput = Input;ITerm = Output;if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;
}void SetControllerDirection(int Direction)
{controllerDirection = Direction;
}

4、PID 完成

差不多结束了。我们已经把“初学者的PID”变成了我目前知道的最健壮的控制器。对于那些正在寻找PID库的详细解释的读者，我希望您得到了您想要的。对于那些正在编写自己的PID的人，我希望您能够收集到一些想法，这些想法可以为您节省一些时间。

最后说明两点：

如果这个系列中的东西看起来不对，请告诉我。我可能错过了什么，或者可能只需要在我的解释中更清楚。无论哪种方式，我都想知道。
这只是一个基本的PID。为了简单起见，我有意省略了许多其他问题。在我的脑海中：前馈，重置平铺，整数数学，不同的PID形式，使用速度而不是位置。如果有兴趣让我探讨这些话题，请让我知道。