PID控制學(xué)習(xí)筆記

——凡事必躬親，身體而力行，化理論為實(shí)踐，方得始終。

研究PID，首先應(yīng)當(dāng)把PID拆解開來，便是P（比例控制）、I（積分控制）、D（微分控制），

比例控制P越大，飛行器的動(dòng)作反應(yīng)越快，反之則越慢；

D則為飛行器靠近目標(biāo)位置的一個(gè)阻力；

I會(huì)根據(jù)誤差和誤差經(jīng)歷的時(shí)間進(jìn)行積分，是為了防止外界環(huán)境對(duì)于飛行軌跡的影響，可以在合適的時(shí)間給P一個(gè)合適的力。其值決定了在外界影響的情況下回到正確軌跡的能力。

形象理解來看的話，P值是飛行器的修正軌跡基礎(chǔ)動(dòng)作，D用來消除震蕩（阻尼的作用），I為一個(gè)輔助參數(shù)，當(dāng)飛行器反應(yīng)慢了就幫他一下（但一定要注意不要設(shè)定的太大，那樣會(huì)導(dǎo)致幫助“過度”，導(dǎo)致過沖）。也就是說，P的回復(fù)力是系統(tǒng)平衡的主力，D是阻尼力，始終是抑制作用，I只能作為輔助參數(shù)來輔助P。PID的參數(shù)需要根據(jù)設(shè)備的實(shí)際調(diào)試情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。因此，調(diào)試PID參數(shù)，才是理解PID控制最好的方法。

下面來看一下通用飛控代碼里的具體操作PID control：

首先得到前后兩次的誤差量，作為微分部分的derror；

之后對(duì)微分部分進(jìn)行低通濾波，去除信號(hào)的高頻部分噪聲（采用軟件建構(gòu)在硬件之上的低通濾波器）；

更新信號(hào)量，更新微分結(jié)果以及誤差結(jié)果；

分別輸出PID三個(gè)通道的值：

P通道輸出，直接對(duì)于當(dāng)下的誤差乘上當(dāng)前誤差量，作為修正動(dòng)作的幅度；

I通道輸出，飛控里一般執(zhí)行成線性疊加，作為飛行誤差輔助修正量的判斷標(biāo)

準(zhǔn)；

D通道輸出，d參數(shù)乘上經(jīng)濾波后的微分結(jié)果，控制目標(biāo)動(dòng)作的幅度，作為 阻尼參數(shù)使用。

簡(jiǎn)單來說，拿高度的PID計(jì)算來舉個(gè)例子，P就是告訴飛機(jī)該加多大的油門去達(dá)到遙控器或者代碼制定的高度，I就是一個(gè)誤差的積累過程，可以體現(xiàn)為對(duì)誤差對(duì)于時(shí)間的積分或者簡(jiǎn)單的線性疊加，為防止i值過大導(dǎo)致調(diào)整高度的動(dòng)作逐漸失去理智，一定要加上一個(gè)限幅函數(shù)來限制i的上下限，D其實(shí)是最難從數(shù)學(xué)角度理解的控制量，對(duì)前后兩次的誤差與采樣時(shí)間（PIDtime）作比，來控制機(jī)體調(diào)整高度的動(dòng)作幅度，可以將D理解為潤(rùn)滑劑，讓動(dòng)作不要顯得太跳，無人車其實(shí)對(duì)動(dòng)作的要求沒有那么高，甚至僅用較大的Kp值控制就行，但無人機(jī)作為在空中調(diào)整六軸姿態(tài)的機(jī)體，穩(wěn)定性便成為了重中之重，因此編寫無人機(jī)飛控姿態(tài)代碼首先應(yīng)當(dāng)考慮的問題便是如何提高無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性。

下面簡(jiǎn)要介紹一下常用的飛控PID算法：

飛控采用通用串級(jí)PID控制方法，實(shí)質(zhì)為增量級(jí)PID控制器。串級(jí)pid實(shí)際上就是兩個(gè)pid串在一起，分為內(nèi)環(huán)pid和外環(huán)pid。此處，飛控一般使用外環(huán)p控制，內(nèi)環(huán)pid控制。通俗來講的話，外環(huán)就是直接的角度控制量轉(zhuǎn)化為角速度，宏觀上控制飛機(jī)的控制靈敏度，內(nèi)環(huán)pid就是對(duì)角速度變化的控制。在上述通用飛控pid控制中，外環(huán)pid的作用實(shí)際上就是對(duì)角度誤差加一個(gè)控制量，以此將飛機(jī)的姿態(tài)調(diào)整動(dòng)作柔滑化。

尾述：Pid實(shí)質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)的自動(dòng)控制技術(shù)，是基于反饋的概念以減少不確定性，因此理解并運(yùn)用pid的關(guān)鍵便是要理解什么是閉環(huán)控制，其次什么叫做數(shù)據(jù)的反饋以及反饋的表現(xiàn)形式，不過做重要的是根據(jù)合適的情形選用合適的pid控制算法。

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原文：https://blog.csdn.net/qq_42884619/article/details/85158052