pid控制算法公式详解

正文开始：这篇文章分为三个部分：

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PID原理普及

常用四轴的两种PID算法讲解(单环PID、串级PID) 如何做到垂直起飞、四轴飞行时为何会飘、如何做到脱控？

PID原理普及

1、 对自动控制系统的基本要求： 稳、准、快：

稳定性（P和I降低系统稳定性，D提高系统稳定性）：在平衡状态下，系统受到某个干扰后，经过一段时间其被控量可以达到某一稳定状态； 准确性（P和I提高稳态精度，D无作用）：系统处于稳态时，其稳态误差；

快速性（P和D提高响应速度，I降低响应速度）：系统对动态响应的要求。一般由过渡时间的长短来衡量。

2、 稳定性：当系统处于平衡状态时，受到某一干扰作用后，如果系统输出能够恢复到原来的稳态值，那么系统就是稳定的；否则，系统不稳定。

3、 动态特性（暂态特性，由于系统惯性引起）：系统突加给定量（或者负载突然变化）时，其系统输出的动态响应曲线。延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量和振荡次数。

通常： 上升时间和峰值时间用来评价系统的响应速度； 超调量用来评价系统的阻尼程度；

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PID原理普及

常用四轴的两种PID算法讲解(单环PID、串级PID) 如何做到垂直起飞、四轴飞行时为何会飘、如何做到脱控？

PID原理普及

1、 对自动控制系统的基本要求： 稳、准、快：

稳定性（P和I降低系统稳定性，D提高系统稳定性）：在平衡状态下，系统受到某个干扰后，经过一段时间其被控量可以达到某一稳定状态； 准确性（P和I提高稳态精度，D无作用）：系统处于稳态时，其稳态误差；

快速性（P和D提高响应速度，I降低响应速度）：系统对动态响应的要求。一般由过渡时间的长短来衡量。

2、 稳定性：当系统处于平衡状态时，受到某一干扰作用后，如果系统输出能够恢复到原来的稳态值，那么系统就是稳定的；否则，系统不稳定。

3、 动态特性（暂态特性，由于系统惯性引起）：系统突加给定量（或者负载突然变化）时，其系统输出的动态响应曲线。延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量和振荡次数。

通常： 上升时间和峰值时间用来评价系统的响应速度； 超调量用来评价系统的阻尼程度；

对串级PID和单级PID的理解(基于匿名微型六轴)

来源：本站 | 作者：小古 | 发表时间：2015-04-01 | 点击量：1565

/******************** (C) COPYRIGHT 2014 ANO Tech

*************************** * 文件名 ：ANO_FlyControl.cpp

* 描述 ：飞行控制

*********************************************************************

*************/

include \ANO_FlyControl fc;

/*

先整定内环，后整定外环。 参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

*/ /*

ROLL和PIT轴向按照以上公式计算PID输出，但YAW轴比较特殊，因为偏航

角法线方向刚好和地球重力平行，

这个方

对串级PID和单级PID的理解(基于匿名微型六轴)

来源：本站 | 作者：小古 | 发表时间：2015-04-01 | 点击量：1565

/******************** (C) COPYRIGHT 2014 ANO Tech

*************************** * 文件名 ：ANO_FlyControl.cpp

* 描述 ：飞行控制

*********************************************************************

*************/

include \ANO_FlyControl fc;

/*

先整定内环，后整定外环。 参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低4比1

*/ /*

ROLL和PIT轴向按照以上公式计算PID输出，但YAW轴比较特殊，因为偏航

角法线方向刚好和地球重力平行，

这个方

数字PID控制算法仿真研究

摘要

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其用于可简历精确数学模型的确定性控制系统。而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。为了达到使PID控制能适应复杂的工况和高指标的控制要求，人们对PID控制进行了改进，出现了各种新型PID控制器，对于复杂对象，其控制效果超过常规PID控制。

本文介绍了PID控制技术的研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，仿真研究了几种比较普遍运用的方法，包括积分分离PID控制算法、抗积分饱和PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法等。并在研究先进控制算法的基础上，将模糊控制与PID控制结合，实现模糊PID控制，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。最后，根据现实情况，从系统的性能指标出发，针对实际控制对象，选择合适的PID控制算法，并用Matlab与Simulink软件进行仿真及研究，结果表明系统的控制效果良好。

关键词：PID；改进型PID；模糊PID；MATL

数字PID控制算法仿真研究

摘要

PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其用于可简历精确数学模型的确定性控制系统。而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果。为了达到使PID控制能适应复杂的工况和高指标的控制要求，人们对PID控制进行了改进，出现了各种新型PID控制器，对于复杂对象，其控制效果超过常规PID控制。

本文介绍了PID控制技术的研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，仿真研究了几种比较普遍运用的方法，包括积分分离PID控制算法、抗积分饱和PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法等。并在研究先进控制算法的基础上，将模糊控制与PID控制结合，实现模糊PID控制，利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定。最后，根据现实情况，从系统的性能指标出发，针对实际控制对象，选择合适的PID控制算法，并用Matlab与Simulink软件进行仿真及研究，结果表明系统的控制效果良好。

关键词：PID；改进型PID；模糊PID；MATL

计算机控制技术 课程设计

前言

PID（Proportion Integration Differentiation比例-积分-微分）控制规律作为经典控制理论的最大成果之一，由于其原理简单且易于实现，具有一定的自适应性和鲁棒性，对于无时间延时的单回路控制系统很有效，在目前的工业过程控制中仍被广泛采用。PID控制器作为最早实用化的控制器已经有50多年历史，它是经典控制中用于过程控制最有效的策略之一，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型，只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数，经过经验进行调节器参数在线整定，即可取得满意的结果，具有很大的适应性和灵活性。

PID控制中的积分作用可以减少稳态误差，微分作用可以提高响应速度。但另一方面积分作用容易导致积分饱和，使系统超调量增大，微分作用对高频干扰特别敏感， 甚至导致系统失稳。PID控制本质上属于线性控制，因此对于具有很强非线性的对象来说，控制效果具有先天的不足。对于这种情况，就应该采用具有非线性特性的控制方法，以适应整个系统的特点。

PID控制是一种比较理想的控制方式，它在比例的基础上引入了积分，消除了偏差；又加入微分，提高了系统的稳定性。PID

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）

题 目 PID控制算法及MATLAB仿真分析

学 院 机电工程学院 专业班级 电子信息工程05级2班

学生姓名 指导教师

撰写日期：2009年 05 月30 日

摘 要

PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。从实际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。因此，对PID控制器参数整定法的研究具有重要的实际意义。本文介绍了PID控制技术的发展历史和研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，学习了几种比较普遍运用的方法，如不完全微分PID控制算法、微分先行、遇限消弱积分PID控制算法等。在学习的基础上，提出了一种自整定参数的专家模糊PID控制算法，由仿真结果

河南农业大学

本科生毕业论文（设计）

题 目 PID控制算法及MATLAB仿真分析

学 院 机电工程学院 专业班级 电子信息工程05级2班

学生姓名 指导教师

撰写日期：2009年 05 月30 日

摘 要

PID控制器具有结构简单、容易实现、控制效果好、鲁棒性强等特点，是迄今为止最稳定的控制方法。它所涉及的参数物理意义明确，理论分析体系完整，并为工程界所熟悉，因而在工业过程控制中得到了广泛应用。从实际需要出发，一种好的PID控制器参数整定方法，不仅可以减少操作人员的负担，还可以使系统处于最佳运行状态。因此，对PID控制器参数整定法的研究具有重要的实际意义。本文介绍了PID控制技术的发展历史和研究进展。分析了传统的模拟和数字PID控制算法，并对传统的PID控制算法进行微分项和积分项的改进，学习了几种比较普遍运用的方法，如不完全微分PID控制算法、微分先行、遇限消弱积分PID控制算法等。在学习的基础上，提出了一种自整定参数的专家模糊PID控制算法，由仿真结果

PID算法

PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编程的LEGO机器人上创建PID控制器。

文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。

其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文是写给那些对PID几乎没有任何概念的读者，比如参加FLL比赛的3~8年级的孩子们。考虑到大家可能不了解微积分，因此我尽量不使用微积分，从非常低的起点开始建造整个概念。

先来看看一个适于巡线的机器人是什么样的结构。看下图，这个机器人用两个马达驱动，分别与车轮A、C连接，前端装有垂直向下的光电传感器，红圈标出的部分就是光电传感器能“看到”的部分。带箭头的大长方形表示机器人的其余部分，箭头指示机器人的运动方向。

巡线是机器人的基本技术，也是大家学习机器人时最先要做的。能够巡线的自动装置具有机器人的全部特点：使用传感器收集周围环境的信息，并据此调整机器人的运动状态。

巡线机器人可以使用1个光电传感器、2个光电传感器、一打光电传感器或者装上你所有的