耿晴海

摘要：本文的主要研究内容是针对汽车PID控制策略，基于LabView可视化G语言技术，搭建PID控制策略教学仿真平台，旨在让学生更加了解Kp，Ki，Kd值变化时曲线变化趋势，提高学生学习兴趣，加强理解过程，同时可以指導实际工程过程中PID的参数选择。

关键词：PID控制;仿真平台;LabView

中图分类号：U463.4

文献标识码：A

文章编号：1672 - 9129（2018）12 - 0115 - 01

引言：PID控制作为最为重要的控制方法，在实际汽车理论、电控教学过程中，学生较难理解PID的控制过程，无法直观理解Kp，Ki，Kd等值变化时，对控制过程产生的影响，因此，开发一套PID控制策略教学仿真平台，提高教学效率，加强学生认识，具有十分深刻的意义。

1 平台设计

汽车PID控制策略教学仿真平台主要分为四大模块：参数输入模块、曲线动态显示模块、实际控制参数实时显示模块（即输出模块），以及用户控制模块。其中参数输入模块包括了PID三个最为重要的参数Kp，Ki，Kd输入，以及控制的目标参数输入。由于对实际的连续控制方程进行了离散化处理，因此还需要补充一个detaT，即离散后的时间间隔输入。曲线动态显示模块主要是设置好的LaBView图形结构控件。并设置双轴为动态自动调整坐标范围，满足动态变化需求。因为图像的实际值读取不够直观，所以加入了输出模块，使其能够动态显示读取值。然后是用户控制模块，用于仿真平台的过程实时控制。主界面如下图所示：

使用时，只需要预先输入数据，点击启动按钮，就可以观测PID的动态曲线图，并且可以使用LaBView的子模块在运行中对曲线进行数据存储、坐标变换之类的操作。

2 仿真平台PID控制算法

仿真平台的PID控制算法主要是对PID控制微分方程的离散，该方程如下： u（l）=Kp[e（t）=l/Ti∫e（l）dl+Td×de（l）/dt]式中，u（t）为控制器输出的控制量，e（t）为偏差信号，表征了给定量与输出量之差，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。

该方程为控制方程的连续形式，实际工程应用时，需要将其进行离散化，使用迭代算法尽心演算，其离散的形式为： uk=KP×[ek+T/Ti×k∑j=0ej+Tdek-ek-1/T 其中T为采样时间，这个公式为位置式公式，表征的是当前PID值的一种计算方式，如果将其转换为增量式则有：

△Uk=Uk - Uk—1=Aek+Bek-1+Cek-2

最后根据上述方程，将其转换为LabView的G语言的核心代码为下图所示：

3 结果分析

我们对该PID控制策略教学仿真平台进行结果验证，统一确定目标值为1，detaT为0.1，通过变化比较Kp、Ki、Kd进行验证。下图所示为Kp=0.1，Ki=0.1，Kd=0.1时实际值变化曲线而只将Kp提高道到0.4时，曲线变化规律如下图所示：

可以发现由于比例系数的增大，会让超调增多，同时震荡变得剧烈，与实际PID控制相符。

而我们再设定PID为0.1，5，0.1时，曲线变化如下图所示：

会发现Ki值的增大会导致偏离回复变慢，因此偏离回复变慢时，可以将PID的Ki调小，与实际PID控制相符。

然后我们再仿真PID各值为0.1，0.1，0.05，曲线变化如下图所示：

可以看出，减小Kd值可以缩小震荡频率，让数值更加稳定地向目标调整，但是相应时间会比Kd较大时要慢。

因此可以看出，PID的具体参数选择，需要根据实际系统输入输出变化关系进行参数确定与调试。实际系统更加复杂，输入输出有相应延迟，控制过程也会有外部的干扰加入，PID的控制变化会具有更多的震荡特征。这一部分PID控制策略教学，可在该平台的基础功能上进行二次开发。实现更多的车用PID控制策略教学仿真目的。

4 结论

汽车PID控制策略实际教学过程中许多情形，都可以使用该仿真平台进行模拟，让学生对PID的控制与参数选择有更加直观的理解。同时，该平台也可以帮助相关工作者PID参数选择时起到辅助作用。由于该平台只是涵盖了初步框架和功能，许多子模块和功能，比如信号干扰模拟，输入输出延迟模拟等等，还需进一步研究和开发，希望该平台能够更加在逐步完善过程中，对汽车PID控制教学与工程辅助开发起到更大作用。

参考文献：

[1]王芃，高震，董景新.一种物美价廉的基于LabVIEW的PID控制实验装置设计[J].实验技术与管理，2014，（ Ol）：107 - 109.

[2]何春华，蔡志岗.基于LabVIEW的模糊PID控制系统[J].仪表技术，2010，（ 07）：57 - 59 +62.

[3]李扬，谢晖，陈侃.基于LabVIEW的PID控制系统设计与实现[J].中国测试技术，2008，（03）：74 - 76.