改进初学者的PID-正反作用

　　最近看到了Brett Beauregard发表的有关PID的系列文章，感觉对于理解PID算法很有帮助，于是将系列文章翻译过来！在自我提高的过程中，也希望对同道中人有所帮助。作者Brett Beauregard的原文网址：http：//brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-direction/

1、问题所在

　　将PID连接过程分为两组：直接作用和反向作用。到目前为止，我所展示的所有例子都是直接行动。也就是说，输出的增加会导致输入的增加。对于反向作用过程，情况正好相反。例如，在冰箱中，冷却水的增加会导致温度下降。要使初学者 PID 使用反向过程，kp、ki 和 kp 的符号都必须为负数。

这本身不是问题，但用户必须选择正确的符号，并确保所有参数都具有相同的符号。

2、解决方案

　　为了让这个过程简单一点，我要求 kp、ki 和 kp 都是大于等于0的。如果用户连接到反向进程，则使用SetControllerDirection函数指定反向进程。这可以确保所有参数都具有相同的符号，并使事情操作起来更直观。

3、代码

 1 /*working variables*/
 2 unsigned long lastTime;  3 double Input，Output，Setpoint;  4 double ITerm，lastInput;  5 double kp，ki，kd;  6 int SampleTime = 1000; //1 sec
 7 double outMin，outMax;  8 bool inAuto = false;  9  
 10 #define MANUAL 0
 11 #define AUTOMATIC 1
 12  
 13 #define DIRECT 0
 14 #define REVERSE 1
 15 int controllerDirection = DIRECT;  16  
 17 void Compute()  18 {  19    if(!inAuto) return;  20    unsigned long now = millis();  21    int timeChange = (now - lastTime);  22    if(timeChange>=SampleTime)  23  {  24       /*Compute all the working error variables*/
 25       double error = Setpoint - Input;  26       ITerm+= (ki * error);  27       if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;  28       else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;  29       double dInput = (Input - lastInput);  30  
 31       /*Compute PID Output*/
 32       Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;  33       if(Output > outMax) Output = outMax;  34       else if(Output < outMin) Output = outMin;  35  
 36       /*Remember some variables for next time*/
 37       lastInput = Input;  38       lastTime = now;  39  }  40 }  41  
 42 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)  43 {  44    if (Kp<0 || Ki<0|| Kd<0) return;  45  
 46   double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;  47    kp = Kp;  48    ki = Ki * SampleTimeInSec;  49    kd = Kd / SampleTimeInSec;  50  
 51   if(controllerDirection ==REVERSE)  52  {  53       kp = (0 - kp);  54       ki = (0 - ki);  55       kd = (0 - kd);  56  }  57 }  58  
 59 void SetSampleTime(int NewSampleTime)  60 {  61    if (NewSampleTime > 0)  62  {  63       double ratio  = (double)NewSampleTime  64                       / (double)SampleTime;  65       ki *= ratio;  66       kd /= ratio;  67       SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;  68  }  69 }  70  
 71 void SetOutputLimits(double Min，double Max)  72 {  73    if(Min > Max) return;  74    outMin = Min;  75    outMax = Max;  76  
 77    if(Output > outMax) Output = outMax;  78    else if(Output < outMin) Output = outMin;  79  
 80    if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;  81    else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin;  82 }  83  
 84 void SetMode(int Mode)  85 {  86     bool newAuto = (Mode == AUTOMATIC);  87     if(newAuto == !inAuto)  88     {  /*we just went from manual to auto*/
 89  Initialize();  90  }  91     inAuto = newAuto;  92 }  93  
 94 void Initialize()  95 {  96    lastInput = Input;  97    ITerm = Output;  98    if(ITerm > outMax) ITerm= outMax;  99    else if(ITerm < outMin) ITerm= outMin; 100 } 101  
102 void SetControllerDirection(int Direction) 103 { 104    controllerDirection = Direction; 105 }

4、PID 完成

　　差不多结束了。我们已经把“初学者的PID”变成了我目前知道的最健壮的控制器。对于那些正在寻找PID库的详细解释的读者，我希望您得到了您想要的。对于那些正在编写自己的PID的人，我希望您能够收集到一些想法，这些想法可以为您节省一些时间。

最后说明两点：

1. 如果这个系列中的东西看起来不对，请告诉我。我可能错过了什么，或者可能只需要在我的解释中更清楚。无论哪种方式，我都想知道。
2. 这只是一个基本的PID。为了简单起见，我有意省略了许多其他问题。在我的脑海中：前馈，重置平铺，整数数学，不同的PID形式，使用速度而不是位置。如果有兴趣让我探讨这些话题，请让我知道。

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