手把手教你看懂並理解Arduino PID控制庫——開啓或關閉PID控制的影響

引子

本文將分析《手把手教你看懂並理解Arduino PID控制庫》中第四個問題：忽然開啓或者關閉PID控制對系統的影響。

問題定義

先看問題的圖示：

圖中，藍色的豎虛線表示在時間軸上，PID控制由開啓狀態轉爲關閉的狀態。若是咱們對於關閉PID採起的操做是強制設定輸出爲「PID由開啓轉關閉對應的輸出值或更小或爲0」。因爲輸出被設爲定值，因爲輸出的「力度」不夠，那麼被控量會緩慢減小。但對於PID控制器來講，他會不知道PID已經關閉了，因爲被控量見笑了，他就會努力增長輸出，以求改變這種態勢。但現實是殘酷的，爲什麼我「放肆」增長輸出，被控量卻沒有按照我設定的方向發展。此時，若忽然又將PID打開了，將會有一個極大的輸出對系統做用，穩定性下降。

解決方案

上述問題，並非一個大問題，其實在關閉PID控制的時候，僅須要退出PID計算循環，讓各控制參量仍保持原樣便可。if(!inAuto) return; 和 setMode函數完成了上述功能。

/*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);
}

結論

NOTE：若有不足之處請告知。^.^

下一章將介紹若是在系統運行過程當中，忽然改變PID控制參數對系統的影響

NEXT

PS：轉載請註明出處：歐陽天華