【正文】 () 對(duì)應(yīng)的控制算法表達(dá)式為 () 式中， 為比例增益； 為積分時(shí)間常數(shù)； 為微分時(shí)間 常數(shù)； 為控制量； 為被控量與設(shè)定值 的偏差。故微分作用的加入將有助于減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。 圖 理想 PID控制器的階躍響應(yīng) 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 由微分部分的控制作用 () 可見(jiàn)，它對(duì)偏差的任何變化都會(huì)產(chǎn)生控制作用，以調(diào)整系統(tǒng)的輸出，阻止偏差的變化。 PID控制器的控制規(guī)律為 () pd 0i1 d ( )( ) ( ) ( ) ddt etu t K e t e t t TTt??? ? ??????武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 式中，稱為微分時(shí)間。為了加快控制過(guò)程，有必要在偏差出現(xiàn)或變化的瞬間，不但要對(duì)偏差量做出反應(yīng)（即比例控制作用），而且要對(duì)偏差量的變化做出反應(yīng)，或者說(shuō)按偏差變化的趨勢(shì)進(jìn)行控制，使偏差在萌芽狀態(tài)被抑制。必須根據(jù)被控對(duì)象的特性來(lái)選定，如對(duì)于管道壓力、流量等滯后不大的對(duì)象，可以選得小些，對(duì)溫度、成分等滯后比較大的對(duì)象，可以選得大些。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 圖 PI控制器的階躍響應(yīng) 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 顯然，如果積分時(shí)間太大，則積分作用減弱，反之則積分作用較強(qiáng)。只要偏差存在，積分將起作用，將偏差累計(jì)，并對(duì)控制量產(chǎn)生影響，即偏差減小，直至偏差為零，積分作用才會(huì)停止。圖 PI控制器對(duì)單位階躍輸入的階躍響應(yīng)。加大比例系數(shù) Kp雖然可以減小靜差，但當(dāng) Kp過(guò)大時(shí)，動(dòng)態(tài)性能會(huì)變差，會(huì)引起被控量振蕩，甚至導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。 由圖 ，比例控制器對(duì)于偏差是及時(shí)反應(yīng)的，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用使被控量朝著減小偏差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù) Kp。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 1． PID控制規(guī)律的特點(diǎn) （ 1）比例控制器 比例控制器是最簡(jiǎn)單的控制器，其控制規(guī)律為 () 式中， Kp為比例系數(shù)； 為控制量的初值，也就是在啟動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)的控制量。 ()rt ()yt ()et( ) ( ) ( )e t r t y t??PD 0I1 d ( )( ) ( ) ( ) ddt etu t K e t e t t TTt??? ? ??????PK IT DT武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 根據(jù)被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性和控制要求的不同，式 ()中還可以只包含比例和積分的 PI調(diào)節(jié)或者只包含比例微分的 PD調(diào)節(jié)。圖 PID控制系統(tǒng)的原理框圖 。在自動(dòng)控制領(lǐng)域中， PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。關(guān)于編程語(yǔ)言的詳細(xì)介紹可參閱相關(guān)書(shū)籍。匯編語(yǔ)言具有直接和硬件打道、執(zhí)行代碼的效率高等特點(diǎn)，可以做到 C語(yǔ)言所不能做到的一些事情，例如對(duì)時(shí)鐘要求很嚴(yán)格時(shí)，使用匯編語(yǔ)言便成了唯一的選擇。由于 C語(yǔ)言具有語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用靈活、方便，運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型豐富，可以直接訪問(wèn)物理地址，進(jìn)行位操作，能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的大部分功能，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此 C語(yǔ)言既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又具有匯編語(yǔ)言的功能，對(duì)于編寫(xiě)與硬件相關(guān)的應(yīng)用程序而言具有明顯的優(yōu)勢(shì)。匯編語(yǔ)言可以直接操作 CPU內(nèi)部的寄存器以及各種外圍設(shè)備，對(duì)于單片機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行或者對(duì)于時(shí)序要求嚴(yán)格的 I/O操作必須采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在啟動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)匯編語(yǔ)言創(chuàng)建系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。本章首先簡(jiǎn)要介紹軟件編程中使用的匯編語(yǔ)言和 C語(yǔ)言各自的特點(diǎn)，然后重點(diǎn)介紹核心控制算法的原理。而完成這些任務(wù)的編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和 C語(yǔ)言。第 3章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) — 軟件 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 第 3章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) — 軟件 在智能車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，硬件是基礎(chǔ)，沒(méi)有一個(gè)好的硬件平臺(tái)，軟件就無(wú)法運(yùn)行。對(duì)于智能車系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，軟件的核心是控制算法。軟件部分是整個(gè)智能車系統(tǒng)的靈魂，在硬件方面各參賽隊(duì)之間大同小異，真正體現(xiàn)各參賽隊(duì)智能車的優(yōu)勢(shì)和最后決定比賽成績(jī)好壞的往往是軟件部分，尤其是核心控制算法的設(shè)計(jì)。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介 1 控制算法 2 思考題 3 第 3章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ) — 軟件 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介 匯編語(yǔ)言是用符號(hào)指令書(shū)寫(xiě)程序的語(yǔ)言，是依賴于硬件平臺(tái)的語(yǔ)言，對(duì)于不同架構(gòu)的 CPU都會(huì)有相應(yīng)的匯編指令。 C語(yǔ)言的特點(diǎn)就是可以使程序員盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，具有很強(qiáng)的功能性、結(jié)構(gòu)性和可移植性。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 編程語(yǔ)言簡(jiǎn)介 在絕大多數(shù)場(chǎng)合，采用 C語(yǔ)言編程即可完成預(yù)期的目的，但是對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)、要求執(zhí)行效率高的系統(tǒng)就不適合采用 C語(yǔ)言編程，對(duì)這些特殊情況進(jìn)行編程時(shí)要結(jié)合匯編語(yǔ)言。這種混合編程的方法將 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，已經(jīng)成為目前單片機(jī)開(kāi)發(fā)最流行的編程方法。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 控制算法 1 PID控制算法 2 模糊控制算法 3 其它智能 控制算法 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 PID（ Proportional Integral Differential）控制是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱。 PID控制器的原理是根據(jù)系統(tǒng)的被調(diào)量實(shí)測(cè)值與設(shè)定值之間的偏差，利用偏差的 比例 、 積分 、 微分 三個(gè)環(huán)節(jié)的不同組合計(jì)算出對(duì)廣義被控對(duì)象的控制量。 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 圖 常規(guī) PID控制系統(tǒng)原理框圖 武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 PID控制算法 其中虛線框內(nèi)的部分是 PID控制器，其輸入為設(shè)定值 與被調(diào)量實(shí)測(cè)值 構(gòu)成的控制偏差信號(hào) ： () 其輸出為該偏差信號(hào)的比例、積