Python中的PID库

Python中的PID库

@(树莓派学习笔记)

PID

加入了条件积分抗积分饱和，加入了一阶低通滤波滤除高频噪声。
链接：https://github.com/EduardoNigro/Things-DAQ-Code/blob/main/Digital-PID/gpiozero_extended.py

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simple_pid（连续PID）

API文档：
https://simple-pid.readthedocs.io/en/latest/simple_pid.html#module-simple_pid.PID
源码文档：
https://simple-pid.readthedocs.io/en/latest/_modules/simple_pid/PID.html#PID.call

介绍

class simple_pid.PID.PID(Kp=1.0, Ki=0.0, Kd=0.0, setpoint=0, sample_time=0.01, output_limits=(None, None), auto_mode=True, proportional_on_measurement=False, error_map=None)
Parameters:
Kp:比例增益 Kp 的值
Ki : 积分增益 Ki 的值
Kd:导数增益 Kd 的值
setpoint:PID 将尝试达到的初始设定值
sample_time：控制器在生成新输出值之前应等待的时间（以秒为单位）。PID在不断调用时（例如在循环期间）效果最佳，但设置了采样时间，以便每次更新之间的时间差（接近）恒定。如果设置为“None”，则 PID 将在每次调用时计算新的输出值。
output_limits:要使用的初始输出限制，以具有 2 个元素的可迭代形式给出，例如：（下部、上部）。输出永远不会低于下限或高于上限。也可以将任一限制设置为“None”，以在该方向上没有限制。设置输出限值还可以避免积分饱和，因为积分项永远不会超过极限。
auto_mode:是否应启用控制器（自动模式）或不使用控制器（手动模式）
proportional_on_measurement:是否应直接在输入上计算比例项，而不是在误差上计算（这是传统方法）。使用按比例测量可避免某些类型系统的过冲。
error_map :将错误值转换为另一个受约束值的函数。

reset():重置 PID 控制器内部。
这会将每个项设置为 0，并清除积分、最后一个输出和最后一个输入（导数计算）。

set_auto_mode(enabled, last_output=None):启用或禁用 PID 控制器，可选择设置最后一个输出值。如果某些系统已被手动控制并且PID应该接管，这将非常有用。在这种情况下，通过将自动模式设置为 False 来禁用 PID，稍后当 PID 应重新打开时，传递最后一个输出变量（控制变量），当 PID 设置为自动模式时，它将被设置为起始 项。

tunings:控制器用作元组的调优:（Kp，Ki，Kd）。

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from simple_pid import PID
pid = PID(1, 0.1, 0.05, setpoint=1)
v = controlled_system.update(0)
while True:
control = pid(v)
v = controlled_system.update(control)

示例

import time
import matplotlib.pyplot as plt
from simple_pid import PID


class WaterBoiler:
    """
    Simple simulation of a water boiler which can heat up water
    and where the heat dissipates slowly over time
    """

    def __init__(self):
        self.water_temp = 20

    def update(self, boiler_power, dt):
        if boiler_power > 0:
            # Boiler can only produce heat, not cold
            self.water_temp += 1 * boiler_power * dt

        # Some heat dissipation
        self.water_temp -= 0.02 * dt
        return self.water_temp


if __name__ == '__main__':
    boiler = WaterBoiler()
    water_temp = boiler.water_temp

    pid = PID(5, 0.01, 0.1, setpoint=water_temp)
    pid.output_limits = (0, 100)

    start_time = time.time()
    last_time = start_time

    # Keep track of values for plotting
    setpoint, y, x = [], [], []

    while time.time() - start_time < 10:
        current_time = time.time()
        dt = current_time - last_time

        power = pid(water_temp)
        water_temp = boiler.update(power, dt)

        x += [current_time - start_time]
        y += [water_temp]
        setpoint += [pid.setpoint]

        if current_time - start_time > 1:
            pid.setpoint = 100

        last_time = current_time

    plt.plot(x, y, label='measured')
    plt.plot(x, setpoint, label='target')
    plt.xlabel('time')
    plt.ylabel('temperature')
    plt.legend()
    plt.show()

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pyPID（离散PID）

链接：https://github.com/egrissino/pyPID

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ivPID（连续PID)

链接：https://github.com/ivmech/ivPID