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。”
金榜很愉快地答应下来。
这一段程序代码其实很复杂。
刘牧思索片刻,就开始动手尝试。
先写一个完整的pid控制程序,很简单,ai端口采集距离传感器的电压作为目标;拿出三个do端口作为电机驱动模块tb6612的控制信号。
这是常规操作。
在控制器arduoi与电机之间,必须增加电机驱动模块。
因为控制器的端口输出电流很弱,只有20a。
而电机在刚通电的一瞬间相当于短路,瞬时电流会非常大。
那么,电机驱动模块就相当于一个电流放大器。
写代码花了20分钟,调试pid参数大概30分钟。
指针总算能够随着手掌距离变化而转动起来。
只是不够顺滑,且指针有很明显的抖动现象。
章涵夹着电脑又走了进来,看了一会儿刘牧的调试过程。
他哼了一声,嗤之以鼻道:“我之前的代码是花了一周时间,反复修改优化,达到了产品级的动态性和稳定性,你这代码仅仅是实现功能,你要知道实现功能和产品级之间,有条巨大的鸿沟;不过,你一个高二学生做到功能实现,也比他们七个废柴强很多了。”
七个金榜很不爽,为什么要带上我。
六名本科生顿时脸色一黑。
章涵不管别人看法,继续问:“你们知道这其中的难点在哪儿吗难在哪儿都不知道,会让你们坐井观天,幼稚而不自知。”
“沈兄”
“嗯”
沈长青走在路上,有遇到相熟的人,彼此都会打个招呼,或是点头。
但不管是谁。
每个人脸上都没有多余的表情,仿佛对什么都很是淡漠。
对此。
沈长青已是习以为常。
因为这里是镇魔司,乃是维护大秦稳定的一个机构,主要的职责就是斩杀妖魔诡怪,当然也有一些别的副业。
可以说。
镇魔司中,每一个人手上都沾染了许多的鲜血。
当一个人见惯了生死,那么对很多事情,都会变得淡漠。
刚开始来到这个世界的时候,沈长青有些不适应,可久而久之也就习惯了。
镇魔司很大。
能够留在镇魔司的人,都是实力强横的高手,或者是有成为高手潜质的人。
沈长青属于后者。
其中镇魔司一共分为两个职业,一为镇守使,一为除魔使。
任何一人进入镇魔司,都是从最低层次的除魔使开始,
然后一步步晋升,最终有望成为镇守使。
沈长青的前身,就是镇魔司中的一个见习除魔使,也是除魔使中最低级的那种。
拥有前身的记忆。
他对于镇魔司的环境,也是非常的熟悉。
没有用太长时间,沈长青就在一处阁楼面前停下。
跟镇魔司其他充满肃杀的地方不同,此处阁楼好像是鹤立鸡群一般,在满是血腥的镇魔司中,呈现出不一样的宁静。
此时阁楼大门敞开,偶尔有人进出。
沈长青仅仅是迟疑了一下,就跨步走了进去。
进入阁楼。
环境便是徒然一变。
一阵墨香夹杂着微弱的血腥味道扑面而来,让他眉头本能的一皱,但又很快舒展。
镇魔司每个人身上那种血腥的味道,几乎是没有办法清洗干净。