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哈尔滨开合屏 算法设计论文-PID算法实例

文章出处:网络整理 作者:佚名 人气: 时间:2021-02-09 13:05

ELECTRONICSCIENCE CHINAAlgorithm analysis design论文题目 PID 算法实例分析设计 课程名称算法分析与设计 上课地点清水河立人楼B106 学生姓名范昊洋 PID算法实例分析与设计 摘要在对机械器件(如电机,电热水器等)进行电子控制的实现时,经 常会由于被控制器件的被控制量的变化以及反馈存在一定的机械延迟导 致控制的效果不理想,精度不高。尤其是在控制对于实时系统的控制要 求极高的设备,如小车,四轴飞行器,3D 打印机等对电机的控制要求非 常高,就要求有合适的算法对这些器件进行控制。PID 算法应运而生。 在过程控制中,按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控 制的PID 控制器(亦称PID 调理器)是应用最为广泛的一种自动控制器。 它具有原理简单,易于实现,适用面广,控制数据相互独立,数据的选 定比较简单等优点;而且在理论上可以证明,对于过程控制的典型对象 “一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象,PID 控制器是 一种最优控制。PID 调理规律是连续系统动态质量校正的一种有效方法, 它的数据整定方式简便,结构改变灵活(PI、PD、…)。

控制点包含三种比较简单的 PID 控制算法,分别是:增量式算法, 位置式算法,微分先行。这三种 PID 算法虽然简单,但各有特点,基本 上能满足一般控制的大多数要求。 本文将以一个具体的用于控制两轮平衡小车的 PID 算法 PID算法进行分析与设计。本实验中使用的处理器是 ST 公司的 STM32f103C8T6 芯片,硬件方面,使用市场上广泛使用的陀螺仪 mpu6050 作为加速度传感器和方位传感器,使用 tb6612 芯片制造点击驱动部分, 直流减速电机作为小车的电机。编译器是keil 公司的mdk arm(keil5)。关键词:PID 算法,stm32pid算法举例,平衡小车,mpu6050 PID算法的初步设计准备 在进行实际算法设计之前,首先要进行一些准备工作,确保后续的 PID 算法设计能够顺利进行。在此之前首先深入了解PID 算法设计思路。 第一要明确设计目的,设计目标是制造一个能够保持平衡的两轮平 衡小车,那么首先要保持平衡,其次要能够正常直线行走,再次能实现 转向,一个小车就完成了。所以为了完成这些功能的设计,首先要有一 个功能足够的PID 体系。 比例(P)控制 比例控制是一种最简单的控制方式。

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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(Steady-state error)。 积分(I)控制 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。 对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制 系统是有稳态误差的或简称有差系统(System Steady-stateError)。 为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取 决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很 小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳 态误差进一步减小,直到等于零。 因而,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分(D)控制 微分调理就是偏差值的变化率。例如,如果输入偏差值线性变化, 则在调理器输出侧叠加一个恒定的调理量。大部分控制系统不需要调理 微分时间。因为只有时间滞后的系统才需要附加这个数据。如果画蛇添 足加上这个数据反而会使系统的控制遭到影响。 首先看PID 的增量型公式: PID=Uk+KP*【E(k)-E(k-1)】+KI*E(k)+KD*【E(k)-2E(k-1)+E(k-2)】 由公式可以看出,要实现PID 算法的编程,所需的PID 变量至少有pid算法举例, KP,KI,KD 三个系数。

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