5 直流電機pid開發(fā)指南_W

1、 直流電機 PID 開發(fā)指南PID 調(diào)節(jié)器出現(xiàn)于上世紀 30 年代。所謂 PID 控制，就是對偏差進行比例，積分，微分 的控制。PID 由 3 個單元組成，分別是比例（P）積分(I)，微分（D）單位。在工程實踐中， 一般 P 是必須的，所以衍生出許多組合的 PID 控制器，如 PD，PI,PID 等。 在我們的微處理器里面，因為控制器是通過軟件實現(xiàn)其控制算法的，所以必須對模擬調(diào) 節(jié)器進行離散化處理，這樣它只需根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量。因此，我們需要使用 離散的差分方程式代替連續(xù)的微分方程。假定采樣時間很短時（比如 10ms）可做如下處理：1）用一介差分代替一介微分；2）用累加代替積分。

2、1. 位置閉環(huán)控制位置閉環(huán)控制就是根據(jù)編碼器的脈沖累加測量電機的位置信息，并與目標值進行比較，得到控制偏差，然后通過對偏差的比例，積分，微分進行控制，使偏差趨向于零的過程。1.1 理論分析根據(jù)位置式離散 PID 公式Pwm=Kp*e(k)+Ki*e(k)+Kde(k)-e(k-1)e(k)：本次偏差e(k-1):上一次偏差e(k):e(k)以及之前的偏差的累積和；其中 k 為 1,2，k； Pwm 代表輸出1.2 控制原理圖下圖為位置控制原理圖，其中需要說明的是，我們這邊是通過微機實現(xiàn) PID 控制的。 所以下面的位置 PID 控制器是一個軟件實現(xiàn)過程，比如我們的代碼里面就是一個我們定 義的函

3、數(shù)。1.3 C 語言實現(xiàn) 如何把我們以上的理論分析和控制原理圖使用 C 語言寫出來呢，這是一個有趣且實用的過程。位置式 PID 具體通過 C 語言實現(xiàn)代碼如下： 1.4 參數(shù)整定首先我們需要明確我們的控制目標，也就是滿足控制系統(tǒng)的 3 個要求： 1.穩(wěn)定性2.快速性3.準確性具體評估指標有最大超調(diào)量，上升時間，靜差等。最大超調(diào)量是響應(yīng)曲線的最大峰值與穩(wěn)態(tài)值的差，是評估系統(tǒng)穩(wěn)定性的一個重要指 標。上升時間是指響應(yīng)曲線從原始工作狀態(tài)出發(fā)，第一次到達輸出穩(wěn)態(tài)值所需的時間，是評估系統(tǒng)快速性的一個重要指標靜差是指被控量的穩(wěn)定值與給定值之差，一般用于衡量系統(tǒng)的準確性。關(guān)于 P I D 三個參數(shù)作用可以大致

4、又不完全的概況為：P 用于提高響應(yīng)速度，I 用于減小靜 差，D 用于抑制震蕩。在實踐生產(chǎn)過程中，不同的控制系統(tǒng)對控制器效果的要求不一樣，比如平衡車，倒立擺 對系統(tǒng)的快速性要求很高，響應(yīng)太慢會導(dǎo)致系統(tǒng)失控。智能家居里面的門窗自動開合系統(tǒng)，對快速性要求就不高，但是對于穩(wěn)定性和準確性的要求就很高。所以需要嚴格控制系統(tǒng)的超 調(diào)量和靜差。所以 PID 參數(shù)在不同的控制系統(tǒng)中是不一樣的。只要我們理解了每個 PID 參數(shù) 的作用，我們就可以應(yīng)對工程中各種項目的 PID 參數(shù)整定了。 位置控制的調(diào)節(jié)經(jīng)驗可以總結(jié)為：先只用 P 控制，增大 P 系數(shù)到系統(tǒng)震蕩之后加入微分 控制以增大阻尼，消除震蕩之后在根據(jù)系統(tǒng)對

5、響應(yīng)和靜差等的具體要求，調(diào)節(jié) P 和 I 參數(shù)。一般而言，一個控制系統(tǒng)的控制難度，一般取決于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和對響應(yīng)速度的要求 等。轉(zhuǎn)動慣量越小，對響應(yīng)速度要求越低。PID 參數(shù)就越不敏感。2. 速度閉環(huán)控制速度閉環(huán)控制就是根據(jù)單位時間獲取的脈沖數(shù)測量電機的速度信息，并與目標值進行比 較。得到控制偏差，然后通過對偏差的比例，積分，微分進行控制。使偏差趨向于零的過程。 一些 PID 的要點在位置控制中已經(jīng)有講解。 這里需要說明的是，這里速度控制 20ms 一次，一般建議 10ms 或者 5ms。因為我們使用 的是 7.4V 電池，電機額定工作電壓 12V。所以速度較慢，20ms 可以延長獲取速度的單位時 間。提高編碼器的采值。2.1 理論分析根據(jù)增量式離散 PID 公式Pwm+=Kpe(k)-e(k-1)+Ki*e(k)+Kde(k)-2e(k-1)+e(k-2)e(k):本次偏差e(k-1):上一次偏差e(k-2):上上次的偏差Pwm 代表增量輸出在我們的速度閉環(huán)控制系統(tǒng)里面只使用 PI 控制，因此對 PID 控制器可簡化為以下公式： Pwm+=Kpe(k)-e(k-1)+Ki*e(k);2.2 控制原理圖下圖為速度控制原理圖。其中需要說明的是，我們這邊是通過微機實現(xiàn) P