改进初学者的PID-手自动切换

　　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-beginner’s-pid-onoff/

1、问题所在

　　有一个 PID 控制器虽然是很好的，但你并不是什么时候都需要它。

　　假设在程序中的某个时刻，您希望将输出强制为某个值 (例如 0)，您当然可以在调用例程中执行此操作：

1 void loop()
2 {
3 　　Compute();
4 　　Output=0;
5 }

　　这样，无论 PID 输出是什么，您只需覆盖其值。然而，这在实践中是一个可怕的想法。PID 会变得非常混乱：“我一直发送输出，但是什么都没有发生!到底发生了什么事? !我再发送一下。”因此，当您停止覆盖输出并切换回 PID 时，您可能会立即得到一个巨大的输出值改变。

2、解决方案

　　解决这个问题的办法是有办法关闭和打开 PID。这些状态的常用术语是 "手动" (我将手动调整输出值) 和 "自动" (PID 将自动调整输出)。让我们看看这是如何在代码中完成的。

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 void Compute()
14 {
15    if(!inAuto) return;
16    unsigned long now = millis();
17    int timeChange = (now - lastTime);
18    if(timeChange>=SampleTime)
19    {
20       /*Compute all the working error variables*/
21       double error = Setpoint - Input;
22       ITerm+= (ki * error);
23       if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
24       else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
25       double dInput = (Input - lastInput);
26  
27       /*Compute PID Output*/
28       Output = kp * error + ITerm- kd * dInput;
29       if(Output > outMax) Output = outMax;
30       else if(Output < outMin) Output = outMin;
31  
32       /*Remember some variables for next time*/
33       lastInput = Input;
34       lastTime = now;
35    }
36 }
37  
38 void SetTunings(double Kp，double Ki，double Kd)
39 {
40   double SampleTimeInSec = ((double)SampleTime)/1000;
41    kp = Kp;
42    ki = Ki * SampleTimeInSec;
43    kd = Kd / SampleTimeInSec;
44 }
45  
46 void SetSampleTime(int NewSampleTime)
47 {
48    if (NewSampleTime > 0)
49    {
50       double ratio  = (double)NewSampleTime
51                       / (double)SampleTime;
52       ki *= ratio;
53       kd /= ratio;
54       SampleTime = (unsigned long)NewSampleTime;
55    }
56 }
57  
58 void SetOutputLimits(double Min，double Max)
59 {
60    if(Min > Max) return;
61    outMin = Min;
62    outMax = Max;
63    
64    if(Output > outMax) Output = outMax;
65    else if(Output < outMin) Output = outMin;
66  
67    if(ITerm> outMax) ITerm= outMax;
68    else if(ITerm< outMin) ITerm= outMin;
69 }
70  
71 void SetMode(int Mode)
72 {
73   inAuto = (Mode == AUTOMATIC);
74 }

　　一个相当简单的解决方案。如果您不在自动模式下，请立即离开计算函数，而不调整 "输出" 或任何内部变量。

4、最终结果

　　的确，您可以通过不象例程那样调用计算来实现类似的效果，但此解决方案保持PID所包含的工作原理，这是我们所需要的。通过保持事物的内部过程，我们可以跟踪处于哪种模式中，更重要的是，当我们改变模式时，它让我们知道有哪些工作需要进行。这就引出了下一期.....。

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