PID控制器开发笔记之八:带死区的PID控制器的实现
在计算机控制系统中,由于系统特性和计算精度等问题,致使系统偏差总是存在,系统总是频繁动作不能稳定。为了解决这种情况,我们可以引入带死区的PID算法。
1、带死区PID的基本思想
带死区的PID控制算法就是检测偏差值,若是偏差值达到一定程度,就进行调节。若是偏差值较小,就认为没有偏差。用公式表示如下:
其中的死区值得选择需要根据具体对象认真考虑,因为该值太小就起不到作用,该值选取过大则可能造成大滞后。
带死区的PID算法,对无论位置型还是增量型的表达式没有影响,不过它是一个非线性系统。
除以上描述之外还有一个问题,在零点附近时,若偏差很小,进入死去后,偏差置0会造成积分消失,如是系统存在静差将不能消除,所以需要人为处理这一点。
2、算法实现
前面我们描述了带死区的PID控制的基本思想。在接下来我们来实现这一思想,同样是按位置型和增量型来分别实现。
2.1、位置型PID算法实现
前面我们对微分项、积分项采用的不同的优化算法,他们都可以与死区一起作用于PID控制。这一节我们就来实现一个采用抗积分饱和、梯形积分、变积分算法以及不完全微分算法和死区控制的PID算法。首先依然是定义一个PID结构体。
/*定义结构体和公用体*/
typedef struct
{float setpoint; /*设定值*/float kp; /*比例系数*/float ki; /*积分系数*/float kd; /*微分系数*/float lasterror; /*前一拍偏差*/float preerror; /*前两拍偏差*/float deadband; /*死区*/float result; /*PID控制器计算结果*/float output; /*输出值0-100%*/float maximum; /*输出值上限*/float minimum; /*输出值下限*/float errorabsmax; /*偏差绝对值最大值*/float errorabsmin; /*偏差绝对值最小值*/float alpha; /*不完全微分系数*/float derivative; /*微分项*/float integralValue; /*积分累计量*/
}CLASSICPID;
接下来我们实现带死区、抗积分饱和、梯形积分、变积分算法以及不完全微分算法的增量型PID控制器。
void PIDRegulator(CLASSICPID vPID,float pv)
{float thisError;float result;float factor;thisError=vPID->setpoint-pv; //得到偏差值result=vPID->result;if(fabs(thisError)>vPID->deadband){vPID-> integralValue= vPID-> integralValue+ thisError;//变积分系数获取factor=VariableIntegralCoefficient(thisError,vPID->errorabsmax,vPID->errorabsmin);//计算微分项增量带不完全微分vPID-> derivative =kd*(1-vPID->alpha)*(thisError-vPID->lasterror +vPID->alpha*vPID-> derivative;result=vPID->kp*thisError+vPID->ki*vPID->integralValue +vPID-> derivative;}else{if((abs(vPID->setpoint-vPID->minimum)<vPID->deadband)&&(abs(pv-vPID->minimum)<vPID->deadband)){result=vPID->minimum;}}/*对输出限值,避免超调和积分饱和问题*/if(result>=vPID->maximum){result=vPID->maximum;}if(result<=vPID->minimum){result=vPID->minimum;} vPID->preerror=vPID->lasterror; //存放偏差用于下次运算vPID->lasterror=thisError;vPID->result=result;vPID->output=((result-vPID->minimum)/(vPID->maximum-vPID->minimum))*100.0;
}
2.2、增量型PID算法实现
在位置型PID中我们实现了比较全面的PID控制器,对于增量型PID我们也相应的实现这样一个控制器。除了这些结合外,其他的优化算法也可以结合使用,可以根据具体的需要来实现。首先依然是定义一个PID结构体。
/*定义结构体和公用体*/
typedef struct
{float setpoint; /*设定值*/float kp; /*比例系数*/float ki; /*积分系数*/float kd; /*微分系数*/float lasterror; /*前一拍偏差*/float preerror; /*前两拍偏差*/float deadband; /*死区*/float result; /*PID控制器计算结果*/float output; /*输出值0-100%*/float maximum; /*输出值上限*/float minimum; /*输出值下限*/float errorabsmax; /*偏差绝对值最大值*/float errorabsmin; /*偏差绝对值最小值*/float alpha; /*不完全微分系数*/float deltadiff; /*微分增量*/
}CLASSICPID;
接下来我们实现带死区、抗积分饱和、梯形积分、变积分算法以及不完全微分算法的增量型PID控制器。
void PIDRegulator(CLASSICPID vPID,float pv)
{float thisError;float result;float factor;float increment;float pError,dError,iError;thisError=vPID->setpoint-pv; //得到偏差值result=vPID->result;if(fabs(thisError)>vPID->deadband){pError=thisError-vPID->lasterror;iError=(thisError+vPID->lasterror)/2.0;dError=thisError-2*(vPID->lasterror)+vPID->preerror;//变积分系数获取factor=VariableIntegralCoefficient(thisError,vPID->errorabsmax,vPID->errorabsmin);//计算微分项增量带不完全微分vPID->deltadiff=kd*(1-vPID->alpha)*dError+vPID->alpha*vPID->deltadiff;increment=vPID->kp*pError+vPID->ki*factor*iError+vPID->deltadiff; //增量计算}else{if((fabs(vPID->setpoint-vPID->minimum)<vPID->deadband)&&(fabs(pv-vPID->minimum)<vPID->deadband)){result=vPID->minimum;}increment=0.0;}result=result+increment;/*对输出限值,避免超调和积分饱和问题*/if(result>=vPID->maximum){result=vPID->maximum;}if(result<=vPID->minimum){result=vPID->minimum;} vPID->preerror=vPID->lasterror; //存放偏差用于下次运算vPID->lasterror=thisError;vPID->result=result;vPID->output=((result-vPID->minimum)/(vPID->maximum-vPID->minimum))*100.0;
}
3、总结
引入死区的主要目的是消除稳定点附近的波动,由于测量值的测量精度和干扰的影响,实际系统中测量值不会真正稳定在某一个具体的值,而与设定值之间总会存在偏差,而这一偏差并不是系统真实控制过程的反应,所以引入死区就能较好的消除这一点。
当然,死区的大小对系统的影响是不同的。太小可能达不到预期的效果,而太大则可能对系统的正常变化造成严重滞后,需要根据具体的系统对象来设定。
欢迎关注:
PID控制器开发笔记之八:带死区的PID控制器的实现相关推荐
- PID控制器开发笔记之十一:专家PID控制器的实现
前面我们讨论了经典的数字PID控制算法及其常见的改进与补偿算法,基本已经覆盖了无模型和简单模型PID控制经典算法的大部.再接下来的我们将讨论智能PID控制,智能PID控制不同于常规意义下的智能控制,是 ...
- PID控制器开发笔记之五:变积分PID控制器的实现
在普通的PID控制算法中,由于积分系数Ki是常数,所以在整个控制过程中,积分增量是不变的.然而,系统对于积分项的要求是,系统偏差大时,积分作用应该减弱甚至是全无,而在偏差小时,则应该加强.积分系数取大 ...
- PID控制器开发笔记之七:微分先行PID控制器的实现
前面已经实现了各种的PID算法,然而在某些给定值频繁且大幅变化的场合,微分项常常会引起系统的振荡.为了适应这种给定值频繁变化的场合,人们设计了微分先行算法. 1.微分先行算法的思想 微分先行PID控制 ...
- PID控制器开发笔记之四:梯形积分PID控制器的实现
从微积分的基本原理看,积分的实现是在无限细分的情况下进行的矩形加和计算.但是在离散状态下,时间间隔已经足够大,矩形积分在某些时候显得精度要低了一些,于是梯形积分被提出来以提升积分精度. 1.梯形积分基 ...
- PID控制器开发笔记(转)
源: PID控制器开发笔记 转载于:https://www.cnblogs.com/LittleTiger/p/10499701.html
- 带死区的PID控制算法
带死区的PID控制算法 带死区的PID控制算法: 注:本文内容摘自<先进PID控制MATLAB仿真(第4版)>刘金琨 编著,研读此书受益匪浅,感谢作者! 带死区的PID控制算法: 在计算机 ...
- PID控制器开发笔记之二:积分分离PID控制器的实现
前面的文章中,我们已经讲述了PID控制器的实现,包括位置型PID控制器和增量型PID控制器.但这个实现只是最基本的实现,并没有考虑任何的干扰情况.在本节及后续的一些章节,我们就来讨论一下经典PID控制 ...
- PID控制器开发笔记之一:PID算法原理及基本实现
在自动控制中,PID及其衍生出来的算法是应用最广的算法之一.各个做自动控制的厂家基本都有会实现这一经典算法.我们在做项目的过程中,也时常会遇到类似的需求,所以就想实现这一算法以适用于 ...
- PID控制器开发笔记之十三:单神经元PID控制器的实现
神经网络是模拟人脑思维方式的数学模型.神经网络是智能控制的一个重要分支,人们针对控制过程提供了各种实现方式,在本节我们主要讨论一下采用单神经元实现PID控制器的方式. 1.单神经元的基本原理 单神经元 ...
最新文章
- 为什么说重启能解决90%的问题
- css :after :berfor
- CSS清除默认样式,经典好文
- tp703n怎么做无线打印服务器,TP-Link TL-WR703N无线路由器无线AP模式怎么设置
- 软件开发包(SDK)安全与合规报告(2020)
- 计算机网络之传输层:3、TCP协议
- 搞dedecms站 找后台的一些经验[转]
- 操作系统—死锁的预防
- Android 仿京东分类功能实现
- 高斯函数的傅里叶变换
- 亚马逊查询订单listorders方法
- 《画解数据结构》三十张彩图,画解二叉搜索树
- unity3D animator镜像播放
- linux大于3T硬盘多个分区,Ubuntu挂载3T硬盘或大于2T磁盘的方法
- 53 张图详解防火墙的 55 个知识点
- 利用XSL和ASP在线编辑XML文档
- 计算机网络管理员路由与交换深圳积多少分,深圳积分入户初级证可以 累积加分吗,你需要知道这些!...
- 腾讯云服务器支持,腾讯云服务器能拿来干嘛(可以做的事情很多)
- spring实战学习(六)事务管理
- 史上最全的IDE(文本编辑器)对比,包含了常用和不常用的近70种工具的比较。
热门文章
- 【论文翻译】学习新闻事件预测的因果关系
- 国科大高级人工智能10-强化学习(多臂赌博机、贝尔曼)
- DevExpress破解和消除弹出框问题
- spring整合ehcache2.5.2缓存异常-- net.sf.ehcache.CacheException
- 16重新安装HA0.63
- Union与Union All的区别
- Flex 流式布局 之 滚动条篇
- okhttp post json 数据_使用python抓取App数据
- java 协议处理器_协议处理器urlstreamhandler及contenthandler
- 联想高性能服务器,Lenovo|EMC推出高性能4x4TB服务器级NAS