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第12章 惊人的精度

注:本章所述的pid理解真实有效,可作为教材学习

接下来,刘牧又举了一个烧锅炉的例子,现在需要把温度保持在38度。

假定有一个锅炉工人,他需要看着温度计调整锅炉的阀门,温度低了,他就加大阀门;温度高了,他就减小阀门。

这其实就是最原始的p调节。

但是问题来了,如果温度是30度、35度,那对应调节多大量的阀门呢

同样现在是30度,跟目标相差8度,那么春天、夏天、秋天、冬天,调节阀门的量相同吗如果不同,区别又在哪

一个控制系统,影响参量很多。

刘牧说:“所以,这样一个锅炉调温系统,需要一位多年经验、且心思细腻的老师傅才能很好地调节阀门;这还只是一个简单的案例,如果更复杂呢参量更多呢我们不可能穷尽每一个细节;这就是pid的意义。”

“我此前说过,pid是构建输入与输出的函数关系,现在我只要把温度差输入到pid这个黑盒子里,不管是什么天气、什么季节、什么影响参数,都不管,这时候pid必然有一个控制阀门的输出值,所以pid可以适应各种系统。”

“那为什么pid就可以不考虑具体细节,只需要合适的三个参量即可,却能适应各种系统呢”

“这就是因为世间万物都可以用比例、积分、微分来逼近,就好像数学中每一个函数都能展开为级数形态。”

高屋建瓴周峰越听越觉得上头,听小牧牧讲课太享受。

形而上、浅入浅出。

接着,刘牧就展示了一副pid逼近目标的动图。

能够非常清晰地看到p、i、d的作用。

观看了10次,差不多10分钟之后,六名本科生都大受震撼。

刘牧解说:“p其实是能够逼近目标的关键,p太小,无法逼近目标,而p太大,会导致严重超调,所以p根据系统能够接受的最大超调量确定就行。”

“d就很有意思了,就像我们开车,想要沿着一条直线走,新手总是一会向左、一会向右,d就是到达目标后的波动,而我们需要做的是:别浪。”

配图也很有意思。

章涵没抬头,漠然问道:“有些动态性要求很高的系统,只采用pd控制,pd会有什么问题”

这问题很考验理解深度。

“章师兄这个问题很好。”刘牧不紧不慢说,“我先说一个小故事,古时候有很吝啬的地主,为了让驴子一刻不停的干活,会在驴子嘴边放一个萝卜,驴子看到萝卜就会一直往前追,但是一直吃不到萝卜,章师兄所说的pd控制就会出现这个问题。”

哦六名本科生一下懂了。

韩开云说:“就是始终保持一个距离,却死活达不到。”

“对的,韩师兄总结很好,这就是静差,而积分环节就是消除静差的关键,下面就来说说积分i。”

“古语有云,不积跬步无以至千里,积累的效果超乎想象,曾经老师们说过的鸡汤,每天进步一点点,101的365次方就能达到惊人的378,这就是积分的力量。在pid中,积分就是不断累积误差,把一点点小静差累积放大,从而消除静差。”

一个小时讲完自动控制pid。

你听懂了吗

周峰副教授带头鼓掌,讲得太好了。

金榜啧啧也用力拍手。

沉浸在思考中的六位本科生反应过来也羞涩的认可。

窦真很激动地鼓掌,喊道:“太优秀了。”

章涵抬头看了一眼,又看回电脑屏幕,从电脑包里拿出一个小盒子,推了出去,说:“实际调参一个项目,成功了再说吧。”

电机连接着角速度传感器,角速度传感器的轴上挂着一个如时针的大箭头,大箭头上有几块不规则的配重;另外一侧,则是红外距离传感器。

输入信号是距离,转化为电压,作为目标值。

控制量则是角度传感器的位置。

控制器是小巧的arduoi。

章涵把小设备通电,然后手掌放在红外测距传感器前面,随着他手掌与测距传感器的距离变化,角度传感器轴上的指针就稳稳停在对应的位置。

响应快速,且无抖动。

由于指针的不同位置设置了不规则配重块,也就是说指针的任何角度受力都差异很大。

这无疑是极为优越的自控算法程序。

刷掉了程序,留下一句话:“后天上午电赛选题了,想做自控题,先在明天晚上之前把参数和代码调试出来再说。”

说完,章涵抱着电脑,潇洒而去。

金榜心说,章师兄强是强的,就是爱装b。

六名本科生有些发憷。

短短一周半的接触,对章博士产生ptsd。

周峰说道:“刘牧,你带他们六个调试一下,金榜,你还是当助教。”

“好的,周老师。”

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