当前位置： 积分机 >> 积分机市场 >> 机器人与控制PID控制简介
PID控制代表Proportional-Integral-Derivative反馈控制，对应于工业中最常用的控制器之一。它的成功基于其高效、稳健地控制各种过程和动态系统的能力，同时具有极其简单的结构和直观的调整程序。虽然在性能上无法与现代控制策略相提并论，但当必须开始为无人驾驶飞机设计自动驾驶仪时，它仍然是最佳起点。事实上，在商业自动驾驶仪或开源开发中发现的大多数现有姿态控制功能都依赖于某种PID控制。
PID控制器的结构如图1所示。
PID控制器由比例分量、积分分量和微分量的加法作用组成。并非所有控制器都必须存在，因此我们也经常使用P控制器，PI控制器或PD控制器。对于本文的其余部分，我们将描述PID控制器，而任何其他版本都可以通过消除相关组件来派生。
PID控制器的功能基于“跟踪误差”的计算e及其三个增益KP，KI，KD。在它们的组合中，它们导致控制动作u，如以下表达式所示：
比例项对应于右侧表达式的第一个项，积分作用对应于第二个项，导数对应于最后一个项。这些项中的每一个都扮演着特定的角色，以塑造闭环系统的瞬态和稳态响应。更具体地说：
比例作用：P作用是与系统的主要响应最相关的成分。增加P增益KP通常会导致较短的上升时间，但也会导致更大的过冲。虽然它可以减少系统的建立时间，但它也可能导致高度振荡或不稳定的行为。
微分作用：导数作用响应误差信号的变化率，主要与形成闭环系统的阻尼行为有关。从这个意义上说，增加D增益凯·，通常会导致较小的过冲和更好的阻尼行为，但也会导致较大的稳态误差。
积分作用：积分作用通常用于优化系统的稳态响应并塑造其动态行为。从本质上讲，它为系统带来了内存。增加I增益KI，导致稳态误差的减少（通常是消除），但也会导致更多更大的振荡。
整体作用：从PID组件的每个动作的作用的简要概述中可以理解，人们无法独立调整三种不同的增益。事实上，它们中的每一个都旨在提供所需的响应特性（例如更快的响应、阻尼和平滑振荡、接近零的稳态误差），但同时会产生负面影响，必须通过重新调整另一个增益来补偿。因此，PID调谐是一个高度耦合和迭代的过程。调优趋势摘要：RigorousTuningMethods:ZieglerNichols(classicbutnotthebesttoachieveperformance)Self-TuningBasedonLinearMatrixInequalitiesandConvexOptimizationBasedontheFrequencydomainAndmuchmore.PID控制器的拉普拉斯形式：PID控制器通常使用其拉普拉斯变换在频域中进行分析。相应的表达式采用以下形式：更接近现实生活...PID控制器之所以如此成功，无论是由于其强大的性能和简单性。如今，现代工具可以优化调整此类控制定律。然而，PID控制器的实际实现是一个更加复杂的过程。其中，在使用PID控制器设计飞行控制功能时，必须考虑以下重要问题：
飞行器的控制裕量是有限制的，因此PID控制器的设计必须考虑到这些限制。积分项需要特别小心，因为无人驾驶飞行器通常表示临界稳定或不稳定的特性。除了悬停/或修剪飞行外，飞行器是一个非线性系统。由于PID是控制器，它自然无法在系统的整个飞行包线上保持同样良好的行为。采用各种技术（如增益调度）来处理这一事实。因此，PID调谐本质上是一门工程艺术，不仅依赖于自动化过程，而且需要设计人员的经验。参考：PID控制-自主机器人实验室(autonomousrobotslab.