PID控制参数调试深谈

今天，接着上篇文章继续谈个人对PID控制器参数调节的理解。

一般实际工程控制中，微分控制使用确实较少，最常用的是PI控制器。假如我们不能加微分调节，还有没有其他办法能让PI控制器的响应曲线更好呢？答案肯定有很多种，我知道的有以下几种可操作方法，写出来供参考。

为对比方便，把上文中原始的PI控制器响应曲线搬过来放在这，如下图。

方法一：目标值滤波，使其从初始值渐变至目标值（上文已介绍）。

把电机目标转速1000rpm进行一个低通滤波后，再给到PID控制器作为目标值，选取Kp=0.005，Ki=0.015，仿真结果如下图。与原始的PI控制器相比，响应速度稍慢一些，但超调量大大减小，稳定性有所提高。

本方法的核心思想是，对PI控制器的输入即偏差信号进行处理，使其缓慢变化，PI控制器可以跟着偏差信号逐渐调整，可提高系统稳定性。

方法二：PI控制器输出进行适当的限制。

对于我们这个电机转速控制仿真，PI控制器的输出是电机的实际电压，默认给定的限制范围与电机电气特性一致，为0~12V。而上文对电机稳态下的电压计算结果为3.2V左右，所以对于动态响应过程，给定一个稍大一点的动态调整范围，一般比稳态大20%~30%即可，这里我们把PI控制器输出限制从12V改为4V，选取Kp=0.1，Ki=0.2，仿真结果如下图所示。与原始的PI控制器相比，响应速度稍慢一些，但超调量几乎没有，稳定性大大提高。

本方法的核心思想是，如果已知稳态情况下的PI控制器输出大小，或者能估计出大概范围，可以在稳态值基准上增加30%作为PI控制器输出限制量，可有效地减小超调量。

方法三：PI参数可根据需要动态变化。

原始的PI控制器使用固定的PI参数，不能根据偏差量实时调整控制量，无法很好地解决超调的问题。一般地，偏差较大时，PI参数可以稍小一点，避免超调太大；偏差较小时，PI参数可以稍大一些，在保证超调可控的前提下让快稳的性能尽量好。

把原始PI参数变为随偏差量变化的，具体Kp、Ki曲线如下图。

进行仿真，结果如下图。与原始的PI控制器相比，响应速度差不多，但超调量减小很多，稳定性有所提高。

本方法的核心思想是，根据偏差实时调整PI参数，尽量避免超调现象发生。需要调试的参数较多，不到万不得已不建议使用。

下面，试试把三种方法一起用上，效果如下：比较完美。如果想达到稳快准的最佳效果，三种方法参数需要做适当调整，这里我们就不做进一步调试了。

实际具体工程应用上，当普通PI控制器达不到你的需求时，可以尝试加上以上的三种方法，应该可以帮你实现期望的控制效果。一般地，优先试第一种方法，不行可以第一种和第二种方法结合使用，再不行可以考虑加上第三种方法

以上，就是PI控制器调试方法分享，希望能帮到正在调参的你，2020继续加油！

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