正文开始:这篇文章分为三个部分:PID原理普及常用四轴的两种PID算法讲解单环PID、串级PID如何做到垂直起飞、四轴飞行时为何会飘、如何做到脱控?
PID原理普及
1、对自动控制系统的基本要求:稳、准、快:稳定性(P和I降低系统稳定性,D提高系统稳定性):在平衡状态下,
系统受到某个干扰后,经过一段时间其被控量可以达到某一稳定状态;准确性(P和I提高稳态精度,D无作用):系统处于稳态时,其稳态误
差;快速性(P和D提高响应速度,I降低响应速度):系统对动态响应的要
求。一般由过渡时间的长短来衡量。2、稳定性:当系统处于平衡状态时,受到某一干扰作用后,如果系统输出能够恢复到原来的稳态值,那么系统就是稳定的;否则,系统不稳定。3、动态特性(暂态特性,由于系统惯性引起):系统突加给定量(或者负载突然变化)时,其系统输出的动态响应曲线。延迟时间、上升时间、峰值时间、调节时间、超调量和振荡次数。通常:上升时间和峰值时间用来评价系统的响应速度;
超调量用来评价系统的阻尼程度;调节时间同时反应响应速度和阻尼程度;
f4、稳态特性:在参考信号输出下,经过无穷时间,其系统输出与参考信号的误差。影响因素:系统结构、参数和输入量的形式等5、比例(P)控制规律:具有P控制的系统,其稳态误差可通过P控制器的增益Kp来调整:Kp越大,稳态误差越小;反之,稳态误差越大。但是Kp越大,其系统的稳定性会降低。
由上式可知,控制器的输出mt与输入误差信号et成比例关系,偏差减小的速度取决于比例系数Kp:Kp越大,偏差减小的越快,但是很容易引起振荡(尤其是在前向通道中存在较大的时滞环节时);Kp减小,发生振荡的可能性小,但是调节速度变慢。单纯的P控制无法消除稳态误差,所以必须要引入积分I控制。原因:(R为参考输入信号,Kv为开环增益)
当参考输入信号R不为0时,其稳态误差只能趋近于0,不能等于0。因为开环增益Kv不为0。6比例微分(PD)控制规律:可以反应输入信号的变化趋势,具有某种预见性,可为系统引进一个有效的早期修正信号,以增加系统的阻尼程度,而从提高系统的稳定性。(tao为微分时间常数)
如果系统中存在较大时滞的环节,则输出变化总是落后于当前误差的变化,解决的方法就是使抑制误差的作用变化“超前”,增强系统的稳定性。
f7、积分(I)控制规律:由于采用了积分环节,若当前误差et为0,则其输出信号mt有可能是一个不为0的常量。需要注意的是r