零基础制作平衡小车【连载】10---PID调参

PID实战也已经结束了，基本上也算上是一个小项目了完成了，既然完成了，这篇就来做个总结一下吧。

网上很多关于PID调参的文档，基本都是理论，也没有图片说明，这对于小白入门来说很是头疼。别人的理论咱都看的懂，一到自己就懵逼。为了解决这一问题，我把程序源码放到公众号了，你可下载下来，在结合我这片文档说明，自己动手实践一下。自己不实践，心里总是没底，只有自己体会一下，才能真正弄明白。

PID调参

首先说说调参吧，关于PID调参，我用一句话总结一下：跟着感觉走。

为啥要这样说呢，因为对于初学者来说，只是写个程序，然后用试凑法进行匹配PID三个系数，以此来达到较好的控制效果。试凑法是什么，不就是跟着感觉走嘛，这种感觉就跟写英语试卷一样。

不过话又说过来，这个感觉可不是随心所欲，为所欲为的，这也是有一定理论基础支撑的。一般调节方法我做个总结，如下：

1.先调节P项，其他项系数都设为0

这个P项怎么调呢？再调之前我们先回忆一下【连载6】讲的内容，P到底有什么用。首先看下单独P项的公式：

OUTp= K*Ek
OUTp= 系数*（设定值 - 当前采样值）

Ek为当前误差。

以我们实战的例子来讲，假设我们设定的目标值为100，我们此刻采样的编码器的值为50，此时PID中I和D的系数都为0，也就说后面两项不用管，只关心P项就行了。而P项公式是当前误差乘上一个系数，这个系数就是我们要设定的P项系数，那么我们是不是应该将P尽可能的大，因为我们需要系统尽快的达到设定值，根据这个思路我们先将P设定为0.5，先试试效果。

当P = 0.5时，实际效果如下图：

图片上的点点是实际采样的编码器脉冲数，横线是我们设定的目标值。

看看点点形成的抛物线，虽然能达到目标值，但是时间有点长，这个效果不是最好的，当然这个也不是绝对的，有些系统是需要慢慢接近目标值的，要看系统要求。这里我们控制转速，目的是让转速尽可能快的接近目标值，因此我们在加大P项试试。

当P = 1时，实际效果如下图：

相比上面那张图片是不是明显更快的接近目标值了，抛物线更陡了，说明速度更快了。一般情况下，我们单独调节P时要将实际采样值超过目标值的百分之30-50左右，那么我们试试将P设为5

当P = 5时，感觉还不错，抖个两三下就可以达到很好地效果了，实际效果如下图：

2.在P = 5的基础上，调节I

你会发现，只有一个P就能达到几乎无静态误差的效果，原因是程序中采集完编码器值代入pid计算，计算完会得出一个增量值，之后用之前的pwm加上计算之后的增量值，如果这次刚好没误差，pwm会保持上一次的值。不过加上I你会发现，不仅速度变快了，而且过冲变小。

当I = 1时，实际效果如下图：效果是不是特别好，迅速达到目标值稳定下来。
相比刚才没有I的时候，过冲是不是变小了。这种效果基本上已经算的上是完美了、

当I = 2时，实际效果如下图：I的抑制太大

当I = 0.05时，实际效果如下图：I的抑制太小

其实就本系统而言，已经不需要D了，目前P=5,I=1时效果就已经很不错了。不过既然是学习，就把每一个参数都演示一下，看看到底都是起到什么作用，和我们前面说的理论是否一致。

3.在P = 5，I = 0.05的基础上，调节D
选择I=0.05是为了让系统继续有个过冲，因为D是起到预判作用的，会削弱增长的速度，如果I=1，在加上D，系统的增长速度就慢了。

当D = -0.05时，实际效果如下图：

当D=-1时，效果如下图：你会发现D越大，回弹的力度就越大，系统震荡时间变长。这是积分作用时间长造成的。微分过大，造成阻尼过大，积分面积就过大，造成超调。 在没达到目标值前，积分都是正的，越接近目标值，pd作用越小，而积分却累积了很大。第一次超调之后积分才慢慢可以和负的抵消。最后慢慢接近目标值。

最终确定P=5，I=0.05，D=-0.05。

这就是整个PID调参过程。

总结

1. P的作用是将系统尽可能快的接近目标值，在调参的时候，先将ID设为0，之后将系统调节至超调量为目标值的50%左右，通俗的讲就是将系统超过目标值一些。
2. I的作用是消除静态误差
3. D的作用也是阻尼，当Kd越大，你会发现震荡越严重，就像一个弹簧，你往外拉的力越大，弹簧反弹的力越大

其实光看是不行的，只有自己亲自调试一遍，心里才有谱。