改進初學者的PID-初始化

　　最近看到了Brett Beauregard發表的有關PID的系列文章，感受對於理解PID算法頗有幫助，因而將系列文章翻譯過來！在自我提升的過程當中，也但願對同道中人有所幫助。做者Brett Beauregard的原文網址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginner's-pid-initialization/

 

1、問題所在

　　在前一節中，咱們實現了關閉和打開 PID 的功能。咱們將其關閉，但如今讓咱們來看看當咱們從新打開它時會發生什麼：

 

　　呵!PID跳回到它發送的最後一個輸出值，而後從那裏開始調整。這將致使咱們不但願出現的輸入顛簸。

2、解決方案

　　這個很容易解決。由於咱們如今知道何時打開 (從手動到自動)，咱們只需爲一個平穩的過渡作一些初始化。這意味着對2個工做變量的存儲 (積分項和最後的輸入項) 進行處理，以防止輸出跳轉。

3、代碼

 1 /*working variables*/
 2 unsigned long lastTime;
 3 double Input，Output，Setpoint;
 4 double ITerm，lastInput;
 5 double kp，ki，kd;
 6 int SampleTime = 1000; //1 sec
 7 double outMin，outMax;
 8 bool inAuto = false;
 9  
10 #define MANUAL 0
11 #define AUTOMATIC 1
12  
13 void Compute()
14 {
15    if(!inAuto) return;
16    unsigned long now = millis();
17    int timeChange = (now - lastTime);
18    if(timeChange>=SampleTime)
19    {
20       /*Compute all the working error variables*/
21       double error = Setpoint - Input;
22       ITerm+= (ki * error);
23       if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
24       else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
25       double dInput = (Input - lastInput);
26  
27       /*Compute PID Output*/
28       Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;
29       if(Output> outMax) Output = outMax;
30       else if(Output < outMin) Output = outMin;
31  
32       /*Remember some variables for next time*/
33       lastInput = Input;
34       lastTime = now;
35    }
36 }
37  
38 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
39 {
40   double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;
41    kp = Kp;
42    ki = Ki * SampleTimeInSec;
43    kd = Kd / SampleTimeInSec;
44 }
45  
46 void SetSampleTime(int NewSampleTime)
47 {
48    if (NewSampleTime > 0)
49    {
50       double ratio  = (double)NewSampleTime
51                       / (double)SampleTime;
52       ki *= ratio;
53       kd /= ratio;
54       SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;
55    }
56 }
57  
58 void SetOutputLimits(double Min，double Max)
59 {
60    if(Min > Max) return;
61    outMin = Min;
62    outMax = Max;
63    
64    if(Output > outMax) Output = outMax;
65    else if(Output < outMin) Output = outMin;
66  
67    if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
68    else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
69 }
70  
71 void SetMode(int Mode)
72 {
73     bool newAuto = (Mode == AUTOMATIC);
74     if(newAuto && !inAuto)
75     {  /*we just went from manual to auto*/
76         Initialize();
77     }
78     inAuto = newAuto;
79 }
80  
81 void Initialize()
82 {
83    lastInput = Input;
84    ITerm = Output;
85    if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
86    else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
87 }

　　咱們修改了 SetMode (...) 以檢測從手動到自動的轉換，並添加了初始化功能。它經過設置「積分項=輸出」來處理積分項，「最後輸入=輸入」以防止微分激增。比例項不依賴於過去的任何信息，所以不須要任何初始化。

4、最終結果

 

　　咱們從上面的圖表中看到，正確的初始化會致使從手動到自動的無擾動切換，這正是咱們所追求的。

5、更新：爲何不 ITerm=0？

　　我最近收到了不少問題，問爲何我沒有把 ITerm=0 設置爲初始化。做爲答案，我請您考慮如下方案：PID是手動的，用戶已將輸出設置爲50。一段時間後，該過程穩定到75.2 的輸入。用戶將設置點75.2 打開 PID。會發生什麼事？

　　我認爲，切換到自動後，輸出值應該保持在50。因爲 P 和 D 項將爲零，所以發生這種狀況的惟一方法是將 ITerm項初始化爲「輸出」值。

　　若是您處於須要輸出初始化爲零的狀況，則無需更改上面的代碼。在將 PID 從「手動」轉換爲「自動」以前，只需在調用例程中設置Output=0。

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