早上好， 我正在开发使用珀耳帖元件的 PI/PID 水温控制器。
我在实现 PI/PID 控制器时遇到问题。
首先我创建了一个P控制器。当达到设定值时，误差值变为 0。问题是输出变为 0，然后开始振荡。 Kp 值减少了 40%，随后实现了 PI 控制器。
然而，问题在于积分器会遇到抗饱和设置。我怎样才能防止这种情况发生？
如果设定点不比当前温度低很多，则较低的 Ki 会导致问题。积分器的值太低，这意味着 PI 控制器无法调节温度。
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float PID_Update(PIDController *pid, float setpoint, float measurement)
{
/* Error signal */
float error = setpoint - measurement;
/* Proportional */
float proportional = pid->Kp * error;
/* Integral */
pid->integrator = pid->integrator + 0.5f * pid->Ki * pid->T * (error + pid->prevError);
/* Anti-wind-up via integrator clamping */
if (pid->integrator > pid->limMaxInt)
{
pid->integrator = pid->limMaxInt;
}
else if (pid->integrator < pid->limMinInt)
{
pid->integrator = pid->limMinInt;
}
/* Derivative (band-limited differentiator) */
/* Note: derivative on measurement, therefore minus sign in front of equation! */
pid->differentiator = -(2.0f * pid->Kd * (measurement - pid->prevMeasurement) + (2.0f * pid->tau - pid->T) * pid->differentiator) / (2.0f * pid->tau + pid->T);
/* Compute output and apply limits */
pid->out = proportional + pid->integrator + pid->differentiator;
if (pid->out > pid->limMax)
{
pid->out = pid->limMax;
}
else if (pid->out < pid->limMin)
{
pid->out = pid->limMin;
}
/* Store error and measurement for later use */
pid->prevError = error;
pid->prevMeasurement = measurement;
/* Return controller output */
return pid->out;
}
当您说“振荡”时，您的意思是它不再受到控制，还是只是在设定点附近打开和关闭，就像您期望保持设定点一样？
Ki 项通常仅适用于需要输出来维持设定点的系统。例如，电机速度控制器需要连续的非零输出来维持运动，而position控制器则不需要。
从这个意义上说，温度控制器类似于或位置控制器，外部影响（环境热量）将使系统偏离设定点，Kp 项将增加以应用输出来纠正它。为了防止比例控制器振荡，您可以添加 Kd（微分）项而不是 Ki。微分项提供“阻尼”以防止输出快速变化。使用另一个控制系统类比 - Kp 项就像车辆悬架中的弹簧，其中 Kd 就像阻尼器/减震器。这又是一个位置
型控制系统，其中 PD 比 PI 更有意义。在您的情况下，I 项将保持对连续环境热量输入的输出补偿，但这是系统外部的并且不是连续的，固定积分项可能不合适。它还会对响应中固有的滞后做出反应，这可能是导致积分结束的原因。在响应滞后的系统上使用 PID 控制器无论如何都会出现问题。
另一点需要考虑的是你的更新率。快速更新速率需要更小的系数，可能比您正在使用的更小。在任何情况下，更新速率都不需要比系统带宽高很多倍，对于冷却水来说，系统带宽可能非常低（取决于流体的体积）。反应慢的系统的更新率太高将导致不适当的输出响应，包括积分饱和。比例响应是有意义的，但需要以较低的速率应用，以便可以观察到先前控制的效果。理想情况下，使用 PID 控制器，您可以对两个“方向”进行对称控制 - 在这种情况下是加热和冷却。但在您的情况下，冷却是您拥有的唯一控制，而加热是环境热量的一个功能。在这种情况下，您没有对称控制，PID 控制器可能不适合此应用。这里的“bang-bang”控制器可以在某个温度下打开珀耳帖，并在某个较低的温度下关闭（滞后）可能会更成功。
使用简单的开/关控制器，关闭时流体不会继续冷却，只会缓慢升温，使用足够精确和稳定的温度传感器，您可以将滞后设置得很低。系统不会受到高更新率的影响，但不能太慢。
这提出了另一个问题，你对
measurement