改进初学者的PID-手自动切换

最近看到了Brett Beauregard发表的有关PID的系列文章，感觉对于理解PID算法很有帮助，于是将系列文章翻译过来！在自我提高的过程中，也希望对同道中人有所帮助。作者Brett Beauregard的原文网址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginner’s-pid-onoff/

 

1、问题所在

有一个 PID 控制器虽然是很好的，但你并不是什么时候都需要它。

假设在程序中的某个时刻，您希望将输出强制为某个值 (例如 0)，您当然可以在调用例程中执行此操作：

void loop()
{
    Compute();
    Output=0;
} 

这样，无论 PID 输出是什么，您只需覆盖其值。然而，这在实践中是一个可怕的想法。PID 会变得非常混乱：“我一直发送输出，但是什么都没有发生!到底发生了什么事? !我再发送一下。”因此，当您停止覆盖输出并切换回 PID 时，您可能会立即得到一个巨大的输出值改变。

2、解决方案

解决这个问题的办法是有办法关闭和打开 PID。这些状态的常用术语是 "手动" (我将手动调整输出值) 和 "自动" (PID 将自动调整输出)。让我们看看这是如何在代码中完成的。

3、代码

/*working variables*/
unsigned long lastTime;
double Input，Output，Setpoint;
double ITerm，lastInput;
double kp，ki，kd;
int SampleTime = 1000; //1 sec
double outMin，outMax;
bool inAuto = false;
#define MANUAL 0
#define AUTOMATIC 1
void Compute()
{
   if(!inAuto) return;
   unsigned long now = millis();
   int timeChange = (now - lastTime);
   if(timeChange>=SampleTime)
   {
      /*Compute all the working error variables*/
      double error = Setpoint - Input;
      ITerm+= (ki * error);
      if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
      else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
      double dInput = (Input - lastInput);
      /*Compute PID Output*/
      Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;
      if(Output > outMax) Output = outMax;
      else if(Output < outMin) Output = outMin;
      /*Remember some variables for next time*/
      lastInput = Input;
      lastTime = now;
   }
}
void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
{
  double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;
   kp = Kp;
   ki = Ki * SampleTimeInSec;
   kd = Kd / SampleTimeInSec;
}
void SetSampleTime(int NewSampleTime)
{
   if (NewSampleTime > 0)
   {
      double ratio  = (double)NewSampleTime/ (double)SampleTime;
      ki *= ratio;
      kd /= ratio;
      SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;
   }
}
void SetOutputLimits(double Min，double Max)
{
   if(Min > Max) return;
   outMin = Min;
   outMax = Max;
   if(Output > outMax) Output = outMax;
   else if(Output < outMin) Output = outMin;
   if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
   else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
}
void SetMode(int Mode)
{
  inAuto = (Mode == AUTOMATIC);
}

一个相当简单的解决方案。如果您不在自动模式下，请立即离开计算函数，而不调整 "输出" 或任何内部变量。

4、最终结果

的确，您可以通过不象例程那样调用计算来实现类似的效果，但此解决方案保持PID所包含的工作原理，这是我们所需要的。通过保持事物的内部过程，我们可以跟踪处于哪种模式中，更重要的是，当我们改变模式时，它让我们知道有哪些工作需要进行。这就引出了下一期.....。

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