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位置式PID与增量式PID区别浅析_Z小旋-CSDN博客_增量式pid

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「期望值是什么，与控制器没有关系」，而是与物理对象有关。更直接的原因是因为你使用了这个物理量做反馈而，期望值需要与反馈做差，所以期望值才有了物理意义。「期望值是什么取决于反馈值是什么。」

特点：

适用于舵机快速响应

对于惯性较大的对象，常常希望能加快控制速度， 此时可增加微分作用。

特点：

将比例、积分、微分三种调节规律结合在一起， 只要三项作用的强度配合适当，既能快速调节，又能消除余差，可得到满意的控制效果。

特点：

PID 控制作用中，比例作用是基础控制；微分作用是 用于加快系统控制速度；积分作用是用于消除静差。

只要比例、积分、微分三种控制规律强度配合适当， 既能快速调节，又能消除余差，可得到满意控制效果。

Kp 较小时，系统对微分和积分环节的引入较为敏感，积分会引起超调，微分可能会引起振荡，而振荡剧烈的时候超调也会增加。

Kp 增大时，积分环节由于滞后产生的超调逐渐减小，此时如果想要继续减少超调可以适当引入微分环节。继续增大 Kp 系统可能会不太稳定，因此在增加 Kp 的同时引入 Kd 减小超调，可以保证在 Kp 不是很大的情况下也能取得较好的稳态特性和动态性能。

Kp 较小时，积分环节不宜过大，Kp 较大时积分环节也不宜过小（否则调节时间会非常地长），当使用分段PID ，在恰当的条件下分离积分，可以取得更好的控制效果。原因在于在稳态误差即将满足要求时，消除了系统的滞后。因此系统超调会明显减少。

位置型PID和增量型PID的比较：

优：

①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果； ②计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程； ③手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。

缺：

①需要对控制量进行记忆。

②存在稳态误差

如果系统总是存在统一的方向偏差，就可能无限累加而进行饱和，极大影响系统性能

所谓积分饱和就是指系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而扩大，从而导致控制器输出不断增大超出正常范围进入饱和区。当系统出现反响的偏差时，需要首先从饱和区退出，而不能对反向的偏差进行快速的响应。

为了解决积分饱和的问题，人们引入了抗积分饱和的PID算法。所谓抗积分饱和算法，其思路是在计算U(k)的时候，先判断上一时刻的控制量U(k-1)是否已经超出了限制范围。若U(k-1)>Umax，则只累加负偏差；若U(k-1)0,那我们就希望能有个向前的正速度，去缩小这个误差，当误差为0时，我们希望速度为0。满足这样的过程的速度变化曲线，就是**「合适的速度变化曲线」**。

想想开车的时候，快到终点的时候会出现什么操作？

新手在没达位置的时候，希望有一个比较快的速度，快到了直接一脚刹车踩到底。

高手可以提前预判，匀速降低速度。

更高阶的可以变化的减速让整个速度变化如丝般顺滑。

就有了下面的曲线。

（第一个曲线是实际中是做不到的，因为速度减小需要过程，不能突变）

因为我们对期望速度的要求**「期望速度必须能减小位置误差，且位置误差为0时，期望速度为0。「所以我们发现这些期望速度都是」与位置误差相关的且经过0点的曲线」**。

位置误差与期望速度在这时候才建立起的关系，注意，强调一遍，是我们主动把位置误差与期望速度联系起来的，起因是我们希望控制速度达到控制位置的效果。

而这种控制能够被实现的本质是，「速度与位置存在我们已知的简单变化关系，即速度的积分是位置」，所以改变期望速度才能改变位置，才能减小误差。

所以合理的控制过程应该就可以设计成这样。

只要找个合适的函数，根据误差生成合适的期望速度曲线就可以了。

我们最常使用的是什么样的曲线呢？

是不是非常熟悉。

因为这两个曲线满足**「合适的期望速度」**的要求，同时也非常的简单。

只要是满足**「合适的期望速度」**的曲线都可以作为期望速度，显然如果在外环使用PID也是可以的，但是为什么实际中不这么用呢？因为添加积分(I)后，导致响应变慢，添加微分(D)容易引入噪声，只用P又简单又有效，何乐而不为呢？

到这里外环的输出终于理所应当的变成了内环的期望，但是这并不是因为这件事本就应该成立，而是通过你的设计，和真实存在的物理关系，才设计出来的合情合理的双闭环控制器。

我们再回忆一下这个控制器的设计过程

「1.执行器输出无法直接控制目标物理量。」

「2.发现控制器能控制物理量的变化量(微分)。」

「3.你想了个办法，可以通过控制物理量的微分，按照某种曲线变化，从而达到间接控制目标物理量。」

「4.这个曲线必须满足两点，存在目标物理量误差的时候，应该产生因一个能减小这个误差的变化，且当没有误差的时候，变化量也应该为0。」

「5.选择最简单实用的曲线即可，所以外环选择KP。」

「6.间接控制能成功的原因是因为，执行器能改变的量，与目标物理量之间有简单的物理关系。」

所以为什么外环的输入是内环的期望呢？因为你在设计控制器的时候，内环的目的就是实现用执行器控制直接能改变的变化量，外环的目的就是找到合适的曲线，来引导目标的微分变化，从而达到间接控制的效果。