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近段在學(xué)習(xí) PID ,分享好貨，希望對(duì)大家有幫助。
一. 位置型PID
位置型 PID 算法適用于不帶積分元件的執(zhí)行器。 執(zhí)行器的動(dòng)作位置與其輸入信號(hào)呈一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 控制器根據(jù)第 n 次計(jì)算機(jī)采樣結(jié)果與給定值之間的偏差 e 來(lái)計(jì)算出第 n 次采用后所輸出的控制變量的值。 以調(diào)節(jié)閥來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明，假設(shè)調(diào)節(jié)閥的輸入控制信號(hào)為 4～20mA， 當(dāng) 閥 門(mén) 開(kāi) 度 為 0％時(shí) ，控制信號(hào)為4mA，而當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度為 100％時(shí)，則控制信號(hào)為 20mA。
二. 增量式 PID
增量式 PID 算法適用于自身帶有積分記憶元件的執(zhí)行器。這類(lèi)執(zhí)行器的動(dòng)作終點(diǎn)位置和之前每次輸入信號(hào)的累加值相關(guān)。 即每次輸入的信號(hào)決定相鄰兩次執(zhí)行器動(dòng)作終點(diǎn)位置的增量，因此把這種 PID 算法稱(chēng)之為增量式 PID 算法。 增量式 PID 算法在步進(jìn)電機(jī)的控制和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)有著較廣泛的運(yùn)用。
三. 兩種算法的區(qū)別分析
位置式 PID 控制算法是一種非遞推算法，輸出 u（k）可以直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，如上文所述的閥門(mén)開(kāi)度的例子， 閥門(mén)的開(kāi)度取決于控制器的輸出 u（k）的值。 而增量式 PID 控制算法是一種遞推算法，其輸出u（k）只是控制量的增量，即 Δu（k）。 而非執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置(例如控制水溫上升，無(wú)法立即控制最終溫度，只能慢慢達(dá)到)。
位置式 PID 算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析
由位置式 PID 控制的表達(dá)式中可以看出： 比例部分只和當(dāng)前的偏差 e（k）有關(guān)，積分部分則是表示系統(tǒng)之前的所有偏差之和， 因此位置式 PID 控制算法的優(yōu)點(diǎn)在于其控制器結(jié)構(gòu)比較清晰，參數(shù)的整定也較為明確。位置式 PID 算法的第一個(gè)缺點(diǎn)在于： 當(dāng)前采樣時(shí)間的輸出值 u（k）與之前各個(gè)狀態(tài)都有關(guān)，過(guò)去的每個(gè)狀態(tài)都決定著當(dāng)前時(shí)刻的輸出值，因此計(jì)算時(shí)需要對(duì)偏差 e（k）進(jìn)行不斷累加，使得計(jì)算量不斷加大，同時(shí)也加大了計(jì)算機(jī)的負(fù)擔(dān)，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，累加將會(huì)停止，輸出 u（k）會(huì)長(zhǎng)度巨大偏差，從而導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置大幅度變化。 位置型 PID 算法的第二個(gè)缺點(diǎn)在于積分飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生，即當(dāng)系統(tǒng)的控制量已經(jīng)達(dá)到最大值時(shí)，誤差依然會(huì)在積分的作用下繼續(xù)累加。 一旦誤差開(kāi)始反向變化，則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入飽和區(qū)，并且需要較長(zhǎng)時(shí)間才能從飽和區(qū)退出。 因此當(dāng)輸出 u（k）達(dá)到最小或者最大值時(shí)，需要停止積分作用，否則將會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象。 對(duì)于積分飽和現(xiàn)象，通常會(huì)采取積分限幅算法，即設(shè)置控制器輸出控制量的極限值，當(dāng) PID 控制器的輸出量超出設(shè)定范圍后，即停止積分運(yùn)算。
增量式 PID 算法的優(yōu)缺點(diǎn)分析
然而對(duì)于增量式 PID 算法，它將位置式 PID 算法的缺點(diǎn)加以改進(jìn)，從而變成了增量式 PID 算法的優(yōu)點(diǎn)。
①算法采用加權(quán)處理，而不需要累加，控制增量 Δu（k）僅僅與最近 3 次的采樣值有關(guān)；
②計(jì)算機(jī)每次只會(huì)輸出控制增量 Δu（k），即執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置變化量，因此計(jì)算機(jī)發(fā)生故障的幾率較小；
③手動(dòng)切換和自動(dòng)切換時(shí)的沖擊小，可以做到無(wú)擾動(dòng)切換。積分飽和現(xiàn)象是位置式 PID 算法應(yīng)用常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，因此對(duì)于位置式 PID 算法除了需要對(duì)輸出進(jìn)行限幅外還需要對(duì)積分輸出進(jìn)行限幅，而增量式算法很好地避免了積分飽和現(xiàn)象，因此在增量式 PID 控制算法中只需要對(duì)輸出限幅，而無(wú)需積分限幅。
參考
① 增量式 PID 和位置式 PID 算法的整定比較與研究（王祎晨）
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