一种PID调节方法、系统和存储装置与流程

本发明涉及pid算法领域，具体涉及一种pid调节方法、系统和存储装置。

背景技术

当今的闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。pid控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

其中，微分部分通常用来加快系统调节速度，但是，微分又常常引起系统的不稳定。

具体是，在pid控制中，微分是对输入量进行微分计算，然后加入系统控制，增加微分系数，可以加快系统调节速度；由于输入量在小幅变化和大幅变化时在系统中的作用表现是不同的，在相同的微分系数条件下，输入量大幅变化时容易使得系统过调，造成系统不稳定，最差的情况就是引起系统震荡。

如何解决在传统pid算法的基础上使用微分项，容易造成系统不稳定的问题，是本领域技术人员一直重点研究的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种pid调节方法、系统和存储装置，解决在传统pid算法的基础上使用微分项，容易造成系统不稳定的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种pid调节方法，所述pid调节方法的步骤包括：获取输入变量的微分结果；将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和，并获所述取积分和的积分结果，以作为pid输出结果。

其中，较佳方案是：所述输入变量为当前输入值和上次输入值的差值。

其中，较佳方案是：所述误差为目标值与当前值的差值。

其中，较佳方案是，所述pid调节方法的步骤还包括：设置积分系数和微分系数；将输入变量与微分系数的乘积作为微分结果；将积分和与积分系数的乘积作为积分结果。

其中，较佳方案是，所述pid调节方法的步骤包括：获取输入变量的微分结果；获取误差的比例结果；将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和，并获所述取积分和的积分结果；将积分结果和比例结果累加，以作为pid输出结果。

其中，较佳方案是，所述pid调节方法的步骤还包括：设置比例系数；将误差与比例系数的乘积作为比例结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种pid调节系统，所述pid调节系统包括输入端、pid调节处理单元、执行模块，所述pid调节处理单元包括：输入端口，与输入端连接；微分算法模块，与输入端口连接，并对输入端的输入变量进行微分算法以获取微分结果；积分算法模块，分别与微分算法模块和输入端口连接，并对微分结果、输入端的误差及当前积分和进行累加以获取积分和，再对积分和进行积分算法以获取积分结果；输出端口，分别与积分算法模块和执行模块连接，将积分结果输出至执行模块中以作为pid输出结果。

其中，较佳方案是：所述pid调节处理单元包括设置在输入端口和输出端口之间的比例算法模块，所述比例算法模块对输入端的误差进行比例算法以获取比例结果；以及，所述输出端口先将积分结果和比例结果累加，再输出至执行模块中以作为pid输出结果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种存储装置，所述存储装置存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以实现如所述pid调节方法的步骤。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明不需要太大的微分系数，通过累积效应，使得微分效果更明显，从而达到快速调节的目的，解决在传统pid算法的基础上使用微分项，容易造成系统不稳定的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明pid调节方法的流程示意图；

图2是图1基于微分系数和积分系数的流程示意图；

图3是图2的运算结构示意图；

图4是图1增加比例运算的pid的流程示意图；

图5是图4基于比例系数的流程示意图；

图6是图5的运算结构示意图；

图7是本发明pid调节系统的结构示意图；

图8是图7增加比例运算的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明提供一种pid调节方法的优选实施例。

所述pid调节方法的步骤包括：

步骤s11、获取输入变量的微分结果；

步骤s12、将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和；

步骤s13、并获所述取积分和的积分结果，以作为pid输出结果。

在步骤s11中，所述输入变量为当前输入值和上次输入值的差值，即derror＝input-input0，其中，input表示当前输入值，input0表示上次输入值，derror表示输入变量，并且，再将input0赋值给input，等待下次运算。其中，输入变量是测量关键，是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。

进一步地，参考图2，所述步骤s11包括步骤s111和步骤s112，具体是：步骤s111、设置微分系数；步骤s112、将输入变量与微分系数的乘积作为微分结果。其中，在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号(输入变量)的微分(即误差的变化率)成正比关系，其公式为sum1＝derror*kd，其中，sum1表示微分结果，kd表示微分系数。

在步骤s12中，获取积分和，即sum＝sum+error+derror*kd，error＝target-next，其中，sum表示微分和，error表示误差，target表示目标值，next表示当前值；不需要太大的微分系数，通过累积效应，使得微分效果更明显，从而达到快速调节的目的，并且避免微分系数大，造成系统过调，引起系统控制的不稳定。

在步骤s13中，获取步骤s12中的积分和的积分结果，对每一次累加的积分和实现积分，获取当前状态的积分结果，达到快速调节的目的，不需要采用较大微分系数。

进一步地，参考图2，所述步骤s13包括步骤s131和步骤s132，具体是：步骤s131、设置积分系数；步骤s132、将积分和与积分系数的乘积作为积分结果，以作为pid输出结果。其中，在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，其公式为pidresult＝sum*ki，其中，pidresult表示pid输出结果，ki表示积分系数。

在本实施例中，所述基于微分系数和微分系数的pid调节方法步骤如下：

步骤s111、设置微分系数；

步骤s112、将输入变量与微分系数的乘积作为微分结果；

步骤s12、将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和；

步骤s131、设置积分系数；

步骤s132、将积分和与积分系数的乘积作为积分结果，以作为pid输出结果。

在本实施例中，步骤s111和步骤s131可预先设置，或者在调节过程根据需求进行智能动态调整，或者根据控制人员进行调整。并参考图3，输入端11接收当前输入值和上次输入值，作为输入变量发送至微分单元13中，实现微分操作；并且，输入端11接收当前值(即当前输入值)和目标值，所述目标值为控制端15的实际参数值，作为误差输入至积分单元14中，积分单元14先获取从微分单元13发送的微分结果和从输入端11发送的误差，实现积分操作；并且，将积分结果发送至控制端15中，作为控制参数/控制命令，获取控制端15的目标值。

其中，从微分单元13发送的微分结果和从输入端11发送的误差通过累加器101进行累加后发送至积分单元14中，积分结果通过累加器102累加并发送至控制端15。并且累加器102可不选。

如图4、图5和图6所示，本发明提供一种基于比例的pid调节方法的较佳实施例。

参考图4，所述pid调节方法的步骤包括：

步骤s21、获取输入变量的微分结果；

步骤s22、获取误差的比例结果；

步骤s23、将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和；

步骤s24、并获所述取积分和的积分结果；

步骤s25、将积分结果和比例结果累加，以作为pid输出结果。

在步骤s21中，所述输入变量为当前输入值和上次输入值的差值，即derror＝input-input0，其中，input表示当前输入值，input0表示上次输入值，derror表示输入变量，并且，再将input0赋值给input，等待下次运算。其中，输入变量是测量关键，是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。进一步地，参考图5，所述步骤s21包括步骤s211和步骤s212，具体是：步骤s211、设置微分系数；步骤s212、将输入变量与微分系数的乘积作为微分结果。其中，在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号(输入变量)的微分(即误差的变化率)成正比关系，其公式为sum1＝derror*kd，其中，sum1表示微分结果，kd表示微分系数。

在步骤s22中，获取误差的比例结果，其中，误差公式为error＝target-next，error表示误差，target表示目标值，next表示当前值；进一步地，并参考图5，所述步骤s22包括步骤s221和步骤s222，具体是：步骤s222、设置比例系数；步骤s223、将误差与比例系数的乘积作为比例结果。其中，比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差；其公式为sum2＝error*kp，其中，sum2表示微分结果，kp表示比例系数。

在步骤s23中，获取积分和，即sum＝sum+error+derror*kd，error＝target-next，其中，sum表示微分和，error表示误差，target表示目标值，next表示当前值；不需要太大的微分系数，通过累积效应，使得微分效果更明显，从而达到快速调节的目的，并且避免微分系数大，造成系统过调，引起系统控制的不稳定。在步骤s24中，获取步骤s23中的积分和的积分结果，对每一次累加的积分和实现积分，获取当前状态的积分结果，达到快速调节的目的，不需要采用较大微分系数。进一步地，参考图5，所述步骤s24包括步骤s241和步骤s242，具体是：步骤s241、设置积分系数；步骤s242、将积分和与积分系数的乘积作为积分结果。其公式为result＝sum*ki，其中，result表示积分结果，ki表示积分系数。

在步骤s25中，将积分结果和比例结果累加，以作为pid输出结果；其公式为pidresult＝sum*ki+error*kp，pidresult表示pid输出结果。

在本实施例中，所述基于比例系数的pid调节方法步骤如下：

步骤s211、设置微分系数；

步骤s212、获取输入变量的微分结果；

步骤s222、设置比例系数；

步骤s223、将误差与比例系数的乘积作为比例结果；

步骤s23、将微分结果、误差和当前积分及进行累加以获取积分和；

步骤s241、设置积分系数；

步骤s242、将积分和与积分系数的乘积作为积分结果；

步骤s25、将积分结果和比例结果累加，以作为pid输出结果。

在本实施例中，步骤s211、步骤s222和步骤s241可预先设置，或者在调节过程根据需求进行智能动态调整，或者根据控制人员进行调整。并参考图6，输入端11接收当前输入值和上次输入值，作为输入变量发送至微分单元13中，实现微分操作；并且，输入端11接收当前值(即当前输入值)和目标值，作为误差输入至积分单元14和比例单元16中，积分单元14先获取从微分单元13发送的微分结果和从输入端11发送的误差，实现积分操作，比例单元16获取从输入端11发送的误差，实现比例操作；并且，将积分结果和比例结果发送至控制端15中，作为控制参数/控制命令，获取控制端15的目标值。

其中，从微分单元13发送的微分结果和从输入端11发送的误差通过累加器101进行累加后发送至积分单元14中，积分结果和比例结果通过累加器102累加并发送至控制端15。

如图7和图8所示，本发明提供一种pid调节系统的优选实施例。

一种pid调节系统，所述pid调节系统包括输入端21、pid调节处理单元、执行模块23，所述pid调节处理单元包括输入端口、微分算法模块32、积分算法模块33和输出端口，其中，输入端口与输入端21连接；微分算法模块32与输入端口连接，并对输入端21的输入变量进行微分算法以获取微分结果；积分算法模块33分别与微分算法模块32和输入端口连接，并对微分结果、输入端的误差及当前积分和进行累加以获取积分和，再对积分和进行积分算法以获取积分结果；输出端口分别与积分算法模块33和执行模块23连接，将积分结果输出至执行模块中以作为pid输出结果。

其中，执行模块23与输出端口连接。

具体地，输入端21接收当前输入值和上次输入值，作为输入变量通过输入端口发送至微分算法模块32中，实现微分操作；并且，输入端21接收当前值(即当前输入值)和目标值，作为误差输入至积分算法模块33中，积分算法模块33先获取从微分算法模块32发送的微分结果和从输入端21发送的误差，实现积分操作；并且，将积分结果通过输出端口发送至执行模块23中，作为控制参数/控制命令，获取执行模块23的目标值。

其中，从微分算法模块32发送的微分结果和从输入端21发送的误差通过累加器31进行累加后发送至积积分算法模块33中，积分结果通过累加器34累加并发送至执行模块23。并且累加器34可不选。

在本实施例中，并参考图8，所述pid调节处理单元包括设置在输入端口和输出端口之间的比例算法模块35，所述比例算法模块35对输入端21的误差进行比例算法以获取比例结果；以及，所述输出端口31先将积分结果和比例结果累加，再输出至执行模块中以作为pid输出结果。

具体地，输入端21接收当前输入值和上次输入值，作为输入变量通过输入端口发送至微分算法模块32中，实现微分操作；并且，输入端21接收当前值(即当前输入值)和目标值，作为误差输入至积分算法模块33中和比例算法模块35中，积分算法模块33先获取从微分算法模块32发送的微分结果和从输入端21发送的误差，实现积分操作，比例算法模块35获取从输入端21发送的误差，实现比例操作；并且，将积分结果和比例结果通过输出端口发送至执行模块23中，作为控制参数/控制命令，获取执行模块23的目标值。

其中，从微分算法模块32发送的微分结果和从输入端21发送的误差通过累加器31进行累加后发送至积分算法模块33中，积分结果和比例结果通过累加器34累加并发送至执行模块23。

在本发明中，所述的微分操作、积分操作和比例操作表示进行所对应微分算法、积分算法和比例算法运算，并且，可通过现有本领域技术人员可理解的计算公式实现。

在本发明中，还提供一种存储装置的优选实施例。

所述存储装置存储有计算机程序，所述计算机程序能够被执行以实现如所述pid调节方法的步骤。

所述pid调节方法为图1、图2、图4和图5中所涉及的算法运算。

优选地，提供一较佳方案，比如在平衡车控制中，系统的控制频率是比较高的，但是车子的移动速度相比系统控制频率是比较慢的。因为系统是在每个控制周期都在采集车子的移动量，由于系统的控制频率比较高，所以在每个控制周期采集到的车子的位移是很少的。如果将此位移值直接用于系统控制，那么除非设置很大的微分系数，否则作用不明显。但是微分系数的提高又会造成系统不稳定。所以采用较小的微分系数，而将微分进行积分就是一个变通的好方法，通过累积效应达到快速调节的目的。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。