1.多环串级PID单环PID只能对被控对象的一个物理量进行闭环控制而当用户需要对被控对象的多个维度物理量例如速度、位置、角度等进行控制时则需要多个PID控制环路即多环PID多个PID串级连接因此也称作串级PID多环PID相较于单环PID功能上可以实现对更多物理量的控制性能上可以使系统拥有更高的准确性、稳定性和响应速度使用多环PID的理由1.功能上可以实现对更多物理量的控制2.性能上使系统拥有更高的准确性、稳定性和响应速度2.定位置控制单环与双环比较单环实现目的动态输出PWM波形给电机使得实际位置贴合目标位置理论上给一个目标位置输出PWM波形电机反馈实际位置给位置环使得输出的PWM贴近目标位置弊端比如当前目标位置和实际位置靠的比较近时PID输出的PWM就会比较小这个比较小的PWM可能根本不能让电机动起来这就造成了调控误差同时如果用外力去强行改变电机位置那么在误差比较小的时候PID输出对抗这个外力的力也会比较小这个现象是位置虽然定了但是用手动一动位置就改变了我们想要的位置应该是“稳如泰山”的外力想要强行改变位置时PID控制器要能迅速反馈输出反向的力去对抗这个外力使其不能“动”虽然没有用积分分离、输出偏移、输入死区的改进措施但事实权宜之计双环将内环和电机看成一个整体想象成一个自带闭环控制的被控对象外环目标位置用户给的输出速度给内环目标速度然后再通过PWM波形给电机控制电机速度然后电机反馈实际速度和实际位置给位置环PID和速度环PID举例位置环是PD控制器速度环是PI控制器初始状态目标位置、实际位置、目标速度、实际速度全是0然后用户指定目标位置为100首先位置环发现误差为正因此这里输出值也为一个正值比如50这个50此时表示指导内环运转的目标速度因此速度环收到目标速度设定为50然后速度环也检测到误差为正因此输出PWM为正驱动电机正转电机正转的同时实际速度和实际位置都会增加实际位置会趋近于目标位置实际速度也会趋近于目标速度随着实际位置靠近目标位置位置环输出的目标速度也会逐渐降低最终实际位置与目标位置稳稳的重合这时位置环输出速度为0速度环的目标速度为0电机停下来定位置完成再假设实际位置为0目标位置很小此时位置环输出值也很小但是由于这个值不是直接驱动电机的PWM而是用于指导速度环的目标速度所以现在速度环需要控制电机以一个很低的速度转动由于速度环是PI控制电机不可能不转所以这里的实际位置必然会与目标位置重合不会像单换PID那样产生调控误差不会动最后再看双环PID抵抗外力干扰的过程比如现在位置固定下来了目标位置和实际位置重合假设为100目标速度和实际速度一致为0然后施加外力强行改变位置比如实际位置正向增加到105那么位置一旦正向改变必然首先会产生实际速度0这是速度环就会输出负向力来对抗外力位置目标速度为0的状态其次位置正向改变还会是位置环实际值目标值因此位置环会输出一个负的速度值给到速度环原来目标速度为0时速度环就已经开始输出反向力现在目标速度变为负值速度环就会输出更大的反向力再者速度环有积分项如果实际速度不能达到目标速度速度环还会进一步增加反向作用力这几个反向作用力可以瞬间让电机对抗外力的力变得很大一旦有外力改变位置速度环会优先响应位置环再紧随其后两者共同作用能够使位置闭环控制又快又稳定