PID控制


什么是PID控制

首先舉個例子,比如考駕照時候的S彎,當你剛摸車的時候,你往往無法做到一步到位,完美漂移過彎,你需要觀察車輛速度是不是太快,車頭是不是過線,同時調整方向盤、油門和剎車。這種通過周圍環境的反饋進行修正控制的方式就被稱為反饋控制,PID就是其中典型的、應用最廣泛的一種。

PID控制詳解

PID就是指比例(proportion)、積分(integral)、微分(derivative)
,這三項表示我們如何使用我們的誤差來產生控制指令,整個流程如下:
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即檔得到系統的輸出后,將輸出經過比例、積分、微分三種運算方式,疊加到輸入中,從而控制系統的行為。
下面用例子對三種控制方法進行說明

比例控制

我們想讓這個小車沿着綠線向前走,我們給P設置一個固定的值,這個值可以讓離開綠線的小車向綠線的方向行駛,離的越遠,方向盤打的角度越大,離的越近,方向盤打的角度越小。橙色的箭頭表示小車行進的方向。
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P值越大,小車的反應越快,P值越小,小車的反應越慢,所以這三個小車第一次到達綠線的時間是不一樣的。雖然P值大能夠較快的到達綠線,但是反應比較劇烈,總是因為過快沖過了頭。相反P值小的反應比較平緩,但是它反應太慢,我們有時候接受不了。

微分控制

為了不讓這個小車偏離車道線過大,我們再給它加一個力,這個力就是D,讓這個力來起一個作用,就是讓小車越接近綠線的時候,接近綠線的速度越慢,小車越遠離綠線的時候,接近綠線的速度相對較快,這個接近綠線的速度不是小車前進的速度,是小車與綠線平行線之間的相對速度。
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如果D值過大,也就是小車靠近綠線的阻力過大,這樣會讓小車需要比較長的時間才能到達綠線上方。
如果D值設置的過小,也就是小車靠近綠線的阻力過小,那微分控制(D)就不會對比例控制產生大的影響,所以雖然小車能夠較快到達綠線,但小車需要多調整幾次,在綠線的兩側往復幾次后才能到達綠線上方行駛。
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積分控制

比例控制(P)和微分控制(D)的配合,貌似已經很完美了。為什么還要有積分控制(I)?
設置合適的P值和D值,可以讓小車很好的沿着綠線一直走,但路上不是很平坦,會有些坑坑包包,或者其他的一些干擾,路況不好就會讓小車的行進路線發生偏移,並且會隨着時間的增加,偏移越來越大,這時候就需要積分控制(I)來消除誤差。
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如果I值過大,積分控制(I)調整的力就會比較大,它在幫P的時候會用力過猛,會讓小車沖過綠線,下次幫忙的時候還是用力過猛,P表示很無奈,畢竟I也是好心,經過幾次調整后,小車終於回到綠線上面,但我們看小車的軌跡線產生了一定的振盪。
如果I值過小,積分控制(I)調整的力就會比較小,就像有一個手無縛雞之力的柔弱小鮮肉一樣,幫不上太大的忙,所以小車回到正確軌跡的時間就會比較長。


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