PID控制器整定;机器人技术中的主要调优方法

PID，顾名思义，有三个影响系统响应的主要系数，改变这些系数将给出不同的结果。PID算法将系统输出与校准值或参考值进行比较。参考值是一个标准化的结果，在此基础上改变系统输出以达到预期的结果。关于PID控制器最好的事情是它是可调的和可扩展的。你不需要改变所有的三个系数，你可以改变一个系数，或者改变两个不同的系数组合或改变所有的系数，这取决于你的要求，这就是我们所说的PID控制器的循环整定。

PID与机器人

机器人技术意味着机器的自动控制。PID控制器与机器人技术齐头并进，因为它们为系统带来了精度。然而，并不是每个机器人设备都需要你放一个PID控制器和改变你的参数。有一些特定的条件决定是否需要PID循环整定。

当你的系统是线性的，你肯定需要一个PID控制器。对于非线性器件，特性属性和参数值将随着图形曲线的变化而变化，这意味着在曲线的每个点上，您将需要改变参数增益。如果图形是线性的，则可以整体改变参数增益。

在以下情况下不需要使用PID控制器:

• 如果你的参考输出和系统输出匹配，你就得到了你想要的，没有必要对PID进行循环整定。

• 如果您的系统的系统响应没有显示任何错误，没有必要改进其特性，则不需要PID。

• 如果所有输入参数工作正常，系统没有显示任何危险的输出特性。

机器人技术中循环调优的不同方法

PID环整定给定参数增益的固有频率可以使用不同的方法进行操作。以下是一些最流行的循环调优方法，它们经过了时间的检验，受到了世界各地人们的信任。

齐格勒尼古拉斯方法可以说是最流行和最可靠的PID循环调优方法。该方法包括将D和I增益设置为零值。该方法所监测和操纵的参数为成比例的获得(K__p)，最终周期(P_u)_和振荡周期(T_u_)。P, I和D增益现在针对振荡周期和最终增益设置，以便实现所需的输出。该方法既适用于开环系统，也适用于闭环系统。

齐格勒尼古拉斯法调谐的基本公式是:Kc = 0.45Ku, Tu = (Pu/1.2)

Cohen-Coon方法仅适用于开环系统，且只能用于一阶类的时滞模型。它修正了齐格勒-尼古拉斯方法给出的稳态响应。Cohen Coon方法是一种离线方法，而Ziegler Nicholas方法是一种在线方法。对于每个调优周期，都必须达到稳态，因为在脱机方法中稳态只会导致输入的阶跃变化。对应的图像显示了科恩库恩方法中使用的参数。

自动调优基于继电器反馈的方法是替代传统连续循环技术的另一种方法。这种方法也被称为自动调优变异(AV)方法。它适用于闭环系统，对于长时间常数过程，与传统的命中试验或步进方法相比，它是有效的。

技术的进步使得执行循环调优和可视化屏幕上发生的变化成为可能。LabView就是这样一个工具，它使用图形流程图来帮助监控和优化控制系统。另一个工具是Mathlabs的鲁棒控制工具箱。该工具最大限度地减少超调，并保持对稳态误差的检查。它还提供了模型降阶的近似算法。

参考文献

PID控制，Araki M，Eolss.net (pdf)

PID控制器整定:一个短教程，https://wwwdsa.uqac.ca/~rbeguena/Systemes_Asservis/PID.pdf

虚拟仪器,https://www.ni.com/labview/whatis/

PID控制器自动整定，Scribd医生

图片

PID框图，维基百科

科恩库恩桌，维基百科