最近看到了Brett Beauregard發表的有關PID的系列文章，感覺對於理解PID算法很有幫助，於是將系列文章翻譯過來！在自我提高的過程中，也希望對同道中人有所幫助。作者Brett Beauregard的原文網址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/
結合新的Arduino PID庫的發布，我決定發布這一系列帖子。最后一個庫雖然穩定，但並沒有真正提供任何代碼解釋。這次計划的目的是詳細解釋為什么代碼是這樣的。我希望這對兩類人有用：
- 直接對Arduino PID庫中發生的事情感興趣的人將得到詳細的解釋。
- 任何編寫自己的PID算法的人都可以看看我是如何做的，並借鑒他們喜歡的東西。
這將是一個艱難的過程，但我認為我找到了解釋我的代碼的一個不太痛苦的方法。我將從我稱之為“初學者的PID”開始。然后我將逐步改進它，直到我們留下一個高效，強大的pid算法。
初學者的PID
這是每個人第一次學習它時接觸的PID方程式：
這導致幾乎每個人都編寫以下PID控制器：
1 /*working variables*/ 2 unsigned long lastTime; 3 double Input，Output，Setpoint; 4 double errSum，lastErr; 5 double kp，ki，kd; 6 void Compute() 7 { 8 /*How long since we last calculated*/ 9 unsigned long now = millis(); 10 double timeChange = (double)(now - lastTime); 11 12 /*Compute all the working error variables*/ 13 double error = Setpoint - Input; 14 errSum += (error * timeChange); 15 double dErr = (error - lastErr) / timeChange; 16 17 /*Compute PID Output*/ 18 Output = kp * error + ki * errSum + kd * dErr; 19 20 /*Remember some variables for next time*/ 21 lastErr = error; 22 lastTime = now; 23 } 24 25 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd) 26 { 27 kp = Kp; 28 ki = Ki; 29 kd = Kd; 30 }
Compute（）被定期或不定期地調用，並且它運行良好。不過，這樣的PID並不是“非常好用”。如果我們要將此代碼轉換為與工業PID控制器相同的代碼，我們將不得不解決以下問題：
1、采樣時間—如果以固定間隔評估PID算法，則該算法的運行效果最佳。如果算法知道這個間隔，我們也可以簡化一些內部的數學計算。
2、微分沖擊—這雖然不是最重要的，但很容易處理，所以我們就先處理它。
3、改變整定參數—一個好的PID算法是可以在不影響內部工作的情況下改變整定參數的算法。
4、積分飽和—我們將討論積分飽和，並實現一個很好的解決方案。
5、開/關（自動/手動）—在大多數應用中，有時需要關閉PID控制器並手動調節輸出，而不會影響控制器。
6、初始化—當控制器第一次打開時，我們想要一個“無擾動切換”。也就是說，我們不希望輸出突然變成一些新值。
7、正反作用—最后一種方法，並且不改變系統的魯棒性和名稱。它旨在確保用戶使用正確的符號輸入調整參數。
8、新：測量的比例—添加此功能可以更輕松地控制某些類型的過程。
一旦我們解決了所有這些問題，我們就會擁有一個可靠的PID算法。我們還將獲得Arduino PID庫最新版本中使用的代碼，這並非巧合。因此，無論您是嘗試編寫自己的算法，還是試圖了解PID庫中的內容，我希望這可以幫助您解決問題。讓我們開始吧。
更新：在所有代碼示例中，我使用的是雙精度。在Arduino上，double與float相同（單精度。）真雙精度對於PID來說可能會成為累贅。如果您使用的語言確實是雙精度，我建議將所有雙精度更改為浮點數。
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