单级PID算法总结及代码程序应用

从6月份开始因为电赛开始接触PID算法，到现在也算是有了一些经验和收获，马上要电赛了，对单级PID做一个总结。再就是总结一下PID的调节的经验。
我就不说高大上的定义，谈谈我对PID算法的理解吧。PID顾名思义，由P算法，I算法，D算法构成，即比例算法，积分算法，微分算法。
我先谈P算法即比例算法，如果我们不知道PID，我们实现一个系统通过执行部件使控制对象达到一个目标值，我们会想如果没有到达目标值的时候，执行部件应该正作用，到达目标值应该不作用，超过目标值时执行部件应该反作用。其实我们最初的想法就是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是目标值，X是当前值（需传感器采集），Ek是当前偏差值，Kp是P算法的系数，Pout是P算法的输出。
但是一个系统只有P算法就足够了吗，现实中大部分系统是不够的，因为系统存在惯性，简单说就是你想让它停的时候，它因为惯性并不会停下来，就会出现控制对象在目标值附近震荡，始终无法稳定。
这个时候就要请出我们的D算法了，它的作用就是来消除这种震荡的，直接公式
DEk=Ek-Ek_1
Dout=KdDEk*
Ek_1是上次采样的偏差值，DEk两次偏差之差，Kd是D算法的系数，Dout是D算法的输出。它的作用就是当历代Ek有增大的趋势，就增大输出，反之则减小输出。
还有就是我们有采样周期（计算周期），PWM周期。简单说采样周期就是我们多久传感器采集一次数据，PID算法计算一次，并改变一次PWM占空比的时间。PWM周期不用讲，我们大部分的执行部件的作用大部分是通过改变PWM占空比来实现。
采样周期越小越好，越小我们的作用曲线尽可能平滑，但是绝对不能小于PWM周期，最好是PWM周期的两倍，但同时不要小于我们传感器的最小采样时间，如果小于可能会两次采样数据相同，白白的增加计算负担。
PWM周期则不能小到执行部件（各种电机，舵机等等）识别不了。那就无法起作用，比如说舵机限制死了你的PWM周期只能是20ms。
确定了采样周期，pwm周期，因为 一些系统通过P和D的配合就可以达到平衡，所以我们只需要改变Kp和Kd的大小就可以调节系统达到平衡。贴一下口诀（虽然我也不大懂）
参数整定找最佳，从小到大顺序查， 先是比例后积分，最后再把微分加， 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大， 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳， 曲线偏离回复慢，积分时间往下降， 曲线波动周期长，积分时间再加长， 曲线振荡频率快，先把微分降下来， 动差大来波动慢，微分时间应加长， 理想曲线两个波，前高后低4比1。
我理解了好久也没理解，不过经过我不断的尝试，有了一些经验跟大家分享一下(^_)
首先Kd为0，只调节Kp，让控制对象在目标值附近震荡，且上下震荡负担基本差不多，加入Kd,直接取Kp的20倍左右（ 完全是经验没有根据），看是否还是在目标值上下震荡，如果达不到目标值的震荡，就减小Kd，如果和原来一样只是振幅变小了，那就适当增加Kd。同时适当调节KP大小。直到达到稳态
不过只是参考，PID的调节我觉得还是看经验，多调多思考多总结，看缘分。哈哈哈哈哈
最后来说I算法，当你PD调节到稳态，但你发现并不是稳在目标值上,我们就需要I算法了，它的作用就是来消除静态误差滴，上公式
SEk+=Ek
Iout=Ki*SEk
你们应该知道各项都代表什么意思，直接说它的原理，它考虑的是它的历史上所有偏差。这个算法很猛，要慎用，不要一开始就让它起作用，原则就是让系统通过PD稳定之后在让其起作用（也就是要有一个作用范围），否则会出现过冲。还有就是因为它很猛，所以Ki要小，我基本上就让Ki在1左右浮动。
最后就是总公式
OUT=Pout+Iout+Dout
OUT最小0，最大不要超过PWM满值。PID算法调节还是多看多想多调，慢慢来总会有收获滴，加油！！！