电机控制——PID参数理解

1、电机控制所需要的 PID 参数

电机控制，以个人经验来看，不论是双环速度环还是三环位置环，都只需要 P 和 I 两个参数，并不需要 D。

2、P 参数

$Proportionn.部分；份额；比例$
比例系数 P，比例系数是个实时响应的参数，改变 P 能够马上从系统响应上体现出来。例如增大比例系数P能使系统反应灵敏，调节速度加快，并且可以减小稳态误差。但是比例系数过大会使超调量增大，震荡次数增加，调节时间加长，动态性能变坏，比例系数太大甚至会使闭环系统不稳定。

只使用比例调节，系统一定会存在静差。结合直流电机调速系统分析，随着误差的减小，控制器的输出逐渐减小，当小到一定的程度后已经无法再通过提高pid控制器的输出(电机的控制输入如电压、$k_p\ast e$)来提高转速从而使目标转速和实际转速间的误差继续减小了，因为总要克服阻力做工的嘛，误差为零的时候电机没有能量输入，所以当然无法克服阻力做工。因此，虽然检测到误差，但是误差太小了，导致控制器输出值也太小了，已经无力让速度继续增加至目标速度，从而达到了有差平衡。这种现象在负载变大后尤其明显，负载增加后静差也会变大。想象一下，当前$k_p\ast e$能驱动当前负载，当负载增大，想要继续匀速运行，就算根据能量守恒也能推断出$e$增大才能再次匀速。所以纯比例肯定会有静差的。

3、I 参数

$Integrationn.整合；融合；(数)积分$

• 积分控制不能单独使用，必须配合以 P 控制。
• 增加 I 控制能够消除只使用 P 控制时产生的静差。
• 系统稳态时的控制量由积分项单独提供，此时积分项相当于一个直流偏移。之所以不能把积分项设为常数，是考虑系统要满足动态特性，即随着目标转速的改变，系统稳态时的直流偏移也跟着改变。这个合适的直流偏移是 pid 控制器自动找到的，这很自动化，甚至产生了一个学科。

积分控制是使用一个滑窗中的累计历史误差，更细粒度地调整控制器的输出。因此只要误差不为零，控制器的输出就会因为积分作用而不断变化。转速低于设定值时误差为正，积分项增大，使控制器输出逐渐增大；转速高于设定值时误差为负，积分项减小，使控制器输出逐渐减小。积分调节的“大方向”是正确的，积分项有使误差向 0 变化的作用。一直要到系统处于稳定状态，这时误差恒为零，比例部分的控制输出为零，积分部分才不再变化，并且此时积分滑窗内的值刚好等于稳态时需要的控制量，因此积分部分的作用是消除稳态误差，提高控制精度，积分作用一般是必须的。

4、电机速度控制 pid 参数调节经验

电机为大疆的 M3508，使用 JScope 查看电调反馈的 CAN 报文，报文中有编码器测得的电机转速及当前角度。

调参经验如下：
1、先调P，从过阻尼开始逐渐增大P，直到第二个震荡波峰出现超调（即第二个波峰刚好越过target一点点），记录下此时的P值备用。
2、将上一步的P值乘0.7~0.8作为当前时刻的P值，此时加入I，从一个特别小的数开始逐渐增大I，直到出现了一点超调且没有静差。
3、第2步同时伴随着积分池大小的调节，想要位置环够硬，应该增大积分池（即让积分滑窗更长），以这个趋势为依据，不断调节。
4、电机控制，用不到D。