最近看到了Brett Beauregard發(fā)表的有關(guān)PID的系列文章，感覺對于理解PID算法很有幫助，于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(wǎng)址：http：//brettbeauregard.com/blog/2012/01/arduino-pid-autotune-library/

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最后，我發(fā)布了一個(gè)Autotune庫來補(bǔ)充Arduino PID庫。當(dāng)我發(fā)布當(dāng)前版本的PID庫時(shí)，我發(fā)布了一系列異常廣泛的帖子，讓人們對里面發(fā)生的事情更易理解。

雖然沒有那么深入，但這是這個(gè)帖子的目標(biāo)。我將解釋 Autotune 庫想要完成的任務(wù)，以及它是如何處理其業(yè)務(wù)的。

1、原由

幾年來，我一直想擁有一個(gè)自動(dòng)整定庫，但由于我與雇主的協(xié)議，我無法寫一個(gè)。但是!當(dāng)我找到由William Spinelli編寫的AutotunerPID工具箱時(shí)，我已經(jīng)準(zhǔn)備好了；我的公司對我移植和擴(kuò)展現(xiàn)有的開源項(xiàng)目沒有任何問題。

我將代碼從 matlab 轉(zhuǎn)換過來，對峰值識別代碼進(jìn)行了一些調(diào)整，并將其從標(biāo)準(zhǔn)形式 (Kc、Ti、Td) 切換到理想形式 (Kp、Ki、Kd)。除此之外，所有的功勞都?xì)w斯皮內(nèi)利先生所有。

2、理論

PID 控制器的最佳整定參數(shù) (Kp、Ki、Kd) 將取決于該控制器的驅(qū)動(dòng)的是什么?？鞠渥詈玫恼▍?shù)與低溫烹飪器具最好的整定參數(shù)是不同的。

自整定器試圖找出控制器驅(qū)動(dòng)的內(nèi)容的性質(zhì)，然后從中進(jìn)行調(diào)整參數(shù)。有多種方法可以做到這一點(diǎn)，但大多數(shù)方法都涉及到以某種方式更改 PID 輸出，然后觀察輸入的響應(yīng)方式。

庫中使用的方法稱為中繼方法。下面是它的工作原理：

從穩(wěn)態(tài)開始(輸入和輸出都是穩(wěn)態(tài))，輸出沿一個(gè)方向跨一定距離D階躍，當(dāng)輸入越過觸發(fā)線時(shí)，輸出沿另一個(gè)方向跨距離D階躍。

通過分析峰值的距離以及峰值相對于輸出變化的大小，Autotuner 可以分辨出一種類型的過程和另一種類型的過程之間的區(qū)別。因此，不同的系統(tǒng)將獲得自定義調(diào)優(yōu)參數(shù)：

3、實(shí)施情況

這在理論上效果很好，但現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)并不是很合作。輸入信號通常是嘈雜的，這會導(dǎo)致兩個(gè)主要問題。

3.1、問題 #1： 何時(shí)步進(jìn)？

由于噪聲信號是起伏的，當(dāng)輸入信號經(jīng)過觸發(fā)線時(shí)，觸發(fā)線很可能會被交叉幾次。這可能會導(dǎo)致輸出中輕微的顫振，如果嚴(yán)重的話，可能會完全破壞：

我選擇回避此問題的方式是讓用戶指定噪聲帶。實(shí)際上，這將創(chuàng)建兩條觸發(fā)線。由于它們之間的距離等于噪音 (如果設(shè)置得當(dāng))，由于信號抖動(dòng)而發(fā)生多次交叉的可能性較小。

3.2、問題 #2：峰值識別

在模擬世界中，識別峰值很容易： 當(dāng)輸入信號改變方向時(shí)，這是最小值或最大值 (取決于發(fā)生的更改)。但是，在嘈雜的世界中，此方法失敗：

每一個(gè)噪聲信號都是一個(gè)方向的改變。為了處理這個(gè)問題，我添加了一個(gè)“回溯時(shí)間”參數(shù)。這是一個(gè)糟糕的名字。如果你能想出更好的辦法，請告訴我。

無論如何，用戶定義了某個(gè)窗口，比如10秒。然后，庫將當(dāng)前點(diǎn)與最后十秒的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果它是最小值或最大值，則會將其標(biāo)記為可能的峰值。

當(dāng)標(biāo)記的點(diǎn)從最大值切換到最小值時(shí)，反之亦然，以前標(biāo)記的點(diǎn)被確認(rèn)為峰值。

另一種解釋回溯時(shí)間的方法是，如果一個(gè)點(diǎn)是一個(gè)回溯未來或過去中最大 (或最小) 的值，則該點(diǎn)將被標(biāo)識為峰值。就像我說的：可怕的名字。

4、你也應(yīng)該知道..。

執(zhí)行的循環(huán)數(shù)將在3到10之間變化。該算法一直等到最后3個(gè)最大值彼此都在5%以內(nèi)。這是為了確保我們已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定的振蕩并且沒有外部奇異現(xiàn)象發(fā)生。這讓我想到……

我不是Autotune的超級粉絲。我經(jīng)常說，而且仍然相信，一個(gè)受過中等訓(xùn)練的人會很容易戰(zhàn)勝自動(dòng)整定器。如果不清楚算法的話，很多地方會很容易出錯(cuò)。話雖如此，但 Autotune 是幫助新手進(jìn)入競技場的寶貴工具。

歡迎關(guān)注：

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Arduino PID自整定库的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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