單級PID算法總結及代碼程序應用

從6月份開始因爲電賽開始接觸PID算法，到現在也算是有了一些經驗和收穫，馬上要電賽了，對單級PID做一個總結。再就是總結一下PID的調節的經驗。
我就不說高大上的定義，談談我對PID算法的理解吧。PID顧名思義，由P算法，I算法，D算法構成，即比例算法，積分算法，微分算法。
我先談P算法即比例算法，如果我們不知道PID，我們實現一個系統通過執行部件使控制對象達到一個目標值，我們會想如果沒有到達目標值的時候，執行部件應該正作用，到達目標值應該不作用，超過目標值時執行部件應該反作用。其實我們最初的想法就是PID算法的中的P算法（是不是很神奇），因此引出P算法的公式：
Ek=Sv-X
Pout=Kp*Ek
Sv是目標值，X是當前值（需傳感器採集），Ek是當前偏差值，Kp是P算法的係數，Pout是P算法的輸出。
但是一個系統只有P算法就足夠了嗎，現實中大部分系統是不夠的，因爲系統存在慣性，簡單說就是你想讓它停的時候，它因爲慣性並不會停下來，就會出現控制對象在目標值附近震盪，始終無法穩定。
這個時候就要請出我們的D算法了，它的作用就是來消除這種震盪的，直接公式
DEk=Ek-Ek_1
Dout=KdDEk*
Ek_1是上次採樣的偏差值，DEk兩次偏差之差，Kd是D算法的係數，Dout是D算法的輸出。它的作用就是當歷代Ek有增大的趨勢，就增大輸出，反之則減小輸出。
還有就是我們有采樣週期（計算週期），PWM週期。簡單說採樣週期就是我們多久傳感器採集一次數據，PID算法計算一次，並改變一次PWM佔空比的時間。PWM週期不用講，我們大部分的執行部件的作用大部分是通過改變PWM佔空比來實現。
採樣週期越小越好，越小我們的作用曲線儘可能平滑，但是絕對不能小於PWM週期，最好是PWM週期的兩倍，但同時不要小於我們傳感器的最小採樣時間，如果小於可能會兩次採樣數據相同，白白的增加計算負擔。
PWM週期則不能小到執行部件（各種電機，舵機等等）識別不了。那就無法起作用，比如說舵機限制死了你的PWM週期只能是20ms。
確定了採樣週期，pwm週期，因爲 一些系統通過P和D的配合就可以達到平衡，所以我們只需要改變Kp和Kd的大小就可以調節系統達到平衡。貼一下口訣（雖然我也不大懂）
參數整定找最佳，從小到大順序查， 先是比例後積分，最後再把微分加， 曲線振盪很頻繁，比例度盤要放大， 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳， 曲線偏離回覆慢，積分時間往下降， 曲線波動週期長，積分時間再加長， 曲線振盪頻率快，先把微分降下來， 動差大來波動慢，微分時間應加長， 理想曲線兩個波，前高後低4比1。
我理解了好久也沒理解，不過經過我不斷的嘗試，有了一些經驗跟大家分享一下(^_)
首先Kd爲0，只調節Kp，讓控制對象在目標值附近震盪，且上下震盪負擔基本差不多，加入Kd,直接取Kp的20倍左右（ 完全是經驗沒有根據），看是否還是在目標值上下震盪，如果達不到目標值的震盪，就減小Kd，如果和原來一樣只是振幅變小了，那就適當增加Kd。同時適當調節KP大小。直到達到穩態
不過只是參考，PID的調節我覺得還是看經驗，多調多思考多總結，看緣分。哈哈哈哈哈
最後來說I算法，當你PD調節到穩態，但你發現並不是穩在目標值上,我們就需要I算法了，它的作用就是來消除靜態誤差滴，上公式
SEk+=Ek
Iout=Ki*SEk
你們應該知道各項都代表什麼意思，直接說它的原理，它考慮的是它的歷史上所有偏差。這個算法很猛，要慎用，不要一開始就讓它起作用，原則就是讓系統通過PD穩定之後在讓其起作用（也就是要有一個作用範圍），否則會出現過沖。還有就是因爲它很猛，所以Ki要小，我基本上就讓Ki在1左右浮動。
最後就是總公式
OUT=Pout+Iout+Dout
OUT最小0，最大不要超過PWM滿值。PID算法調節還是多看多想多調，慢慢來總會有收穫滴，加油！！！