PID控制學習筆記

——凡事必躬親，身體而力行，化理論為實踐，方得始終。

研究PID，首先應當把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，飛行器的動作反應越快，反之則越慢；

D則為飛行器靠近目標位置的一個阻力；

I會根據(jù)誤差和誤差經(jīng)歷的時間進行積分，是為了防止外界環(huán)境對于飛行軌跡的影響，可以在合適的時間給P一個合適的力。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)動作，D用來消除震蕩（阻尼的作用），I為一個輔助參數(shù)，當飛行器反應慢了就幫他一下（但一定要注意不要設定的太大，那樣會導致幫助“過度”，導致過沖）。也就是說，P的回復力是系統(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)設備的實際調(diào)試情況進行現(xiàn)場調(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；

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

更新信號量，更新微分結(jié)果以及誤差結(jié)果；

分別輸出PID三個通道的值：

P通道輸出，直接對于當下的誤差乘上當前誤差量，作為修正動作的幅度；

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

準；

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

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

下面簡要介紹一下常用的飛控PID算法：

飛控采用通用串級PID控制方法，實質(zhì)為增量級PID控制器。串級pid實際上就是兩個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，宏觀上控制飛機的控制靈敏度，內(nèi)環(huán)pid就是對角速度變化的控制。在上述通用飛控pid控制中，外環(huán)pid的作用實際上就是對角度誤差加一個控制量，以此將飛機的姿態(tài)調(diào)整動作柔滑化。

尾述：Pid實質(zhì)上是一個閉環(huán)的自動控制技術(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