PID控制C代碼

1、PID控制當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。 測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。比例控制(P)：比例控制是最常用的控制手段之一， 比方說(shuō)我們控制一個(gè)加熱器的恒溫 100度，當(dāng)開始加熱時(shí)，離 目標(biāo)溫度相差比較遠(yuǎn)，這時(shí)我們通常會(huì)加大加熱，使溫度快速上升，當(dāng)溫度超過(guò)100度時(shí)，我們則關(guān)閉輸出，通常我們會(huì)使用這樣一個(gè)函數(shù)e(t) = SP - y(t);u(t) = e(t)*PSP 設(shè)定值、e(t)誤差值、y(t)反饋值、u(t)輸出值、P

2、比例系數(shù)滯后性不是很大的控制對(duì)象使用比例控制方式就可以滿足控制要求，但很多被控對(duì)象中因?yàn)橛袦笮?。也就是如果設(shè)定溫度是200度，當(dāng)采用比例方式控制時(shí)，如果P選擇比較大，則會(huì)出現(xiàn)當(dāng)溫度達(dá)到 200度輸出為0后，溫度仍然會(huì)止不住的向上爬升，比方說(shuō)升至 230度，當(dāng)溫度超過(guò)200度太多后又 開始回落，盡管這時(shí)輸出開始出力加熱，但溫度仍然會(huì)向下跌落一定的溫度才會(huì)止跌回升， 比方說(shuō)降 至170度，最后整個(gè)系統(tǒng)會(huì)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行振蕩。如果這個(gè)振蕩的幅度是允許的比方說(shuō)家用電器的控制，那則可以選用比例控制 比例積分控制(PI):積分的存在是針對(duì)比例控制要不就是有差值要不就是振蕩的這種特點(diǎn)提出的改進(jìn)，它常

3、與比例一塊進(jìn)行控制，也就是PI控制。其公式有很多種，但大多差別不大，標(biāo)準(zhǔn)公式如下：u(t) = Kp*e(t) + Ki 刀 e(t) +u0u(t)輸出、Kp比例放大系數(shù) 、Ki積分放大系數(shù) 、e(t)誤差、u0控制量基準(zhǔn)值(基礎(chǔ)偏差)大家可以看到積分項(xiàng)是一個(gè)歷史誤差的累積值，如果光用比例控制時(shí)，我們知道要不就是達(dá)不到設(shè)定值要不就是振蕩，在使用了積分項(xiàng)后就可以解決達(dá)不到設(shè)定值的靜態(tài)誤差問(wèn)題，比方說(shuō)一個(gè)控制中使用了 PI控制后，如果存在靜態(tài)誤差，輸出始終達(dá)不到設(shè)定值，這時(shí)積分項(xiàng)的誤差累積值會(huì)越來(lái)越 大，這個(gè)累積值乘上Ki后會(huì)在輸出的比重中越占越多，使輸出 u(t)越來(lái)越大，最終達(dá)到消除靜態(tài)誤

4、差的目的。PI兩個(gè)結(jié)合使用的情況下，我們的調(diào)整方式如下：1、 先將I值設(shè)為0，將P值放至比較大，當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定振蕩時(shí)，我們?cè)贉p小P值直到P值不振蕩或 者振蕩很小為止(術(shù)語(yǔ)叫臨界振蕩狀態(tài))，在有些情況下，我們還可以在些P值的基礎(chǔ)上再加大一點(diǎn)。2、加大I值，直到輸出達(dá)到設(shè)定值為止。3、等系統(tǒng)冷卻后，再重上電，看看系統(tǒng)的超調(diào)是否過(guò)大，加熱速度是否太慢。通過(guò)上面的這個(gè)調(diào)試過(guò)程，我們可以看到P值主要可以用來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但太大會(huì)增大超調(diào)量和穩(wěn)定時(shí)間；而I值主要用來(lái)減小靜態(tài)誤差。比例積分微分控制(PID)：因?yàn)镻I系統(tǒng)中的I的存在會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度受到影響，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诳?制中增加了

5、 D微分項(xiàng)，微分項(xiàng)主要用來(lái)解決系統(tǒng)的響應(yīng)速度問(wèn)題，其完整的公式如下：u(t) = Kp*e(t) + Ki 刀 e(t) + Kde(t) - e(t-1)+u0在PID的調(diào)試過(guò)程中，我們應(yīng)注意以下步驟：1、關(guān)閉I和D,也就是設(shè)為0.加大P,使其產(chǎn)生振蕩；2、減小P，找到臨界振蕩點(diǎn)；3、加大I，使其達(dá)到目標(biāo)值；重新上電看超調(diào)、振蕩和穩(wěn)定時(shí)間是否吻合要求；5、針對(duì)超調(diào)和振蕩的情況適當(dāng)?shù)脑黾右恍┪⒎猪?xiàng)；6、 注意所有調(diào)試均應(yīng)在最大爭(zhēng)載的情況下調(diào)試，這樣才能保證調(diào)試完的結(jié)果可以在全工作范圍內(nèi) 均有效；關(guān)于PID控制中采樣周期和控制周期的理解： 從理論上來(lái)講采樣周期和控制周期盡量的縮短一些，這樣可以及

6、時(shí)的調(diào)整輸出。 實(shí)際上要看被控對(duì)象的反應(yīng)速度，和滯后時(shí)間，因?yàn)椴煌谋豢貙?duì)象千差萬(wàn)別。采樣周期(即反饋值的采樣周期)： 選取采樣周期時(shí)，有下面幾個(gè)因素可供參考：1、采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于對(duì)象的擾動(dòng)周期。2、采樣周期應(yīng)比對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小得多，否則所采樣得到的值無(wú)法反映瞬間變化的過(guò)程值。3、考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)速度。如果采用的執(zhí)行器的響應(yīng)速度較慢，那么盲目的要求過(guò)短的采樣周期 將失去意義。4、對(duì)象所要求的調(diào)節(jié)品質(zhì)。在計(jì)算機(jī)速度允許的情況下，采樣周期短，調(diào)節(jié)品質(zhì)好。5、 性能價(jià)格比。從控制性能來(lái)考慮，希望采樣周期短。但計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度，以及A/D和D/A的轉(zhuǎn)換 速度要相應(yīng)地提高，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的費(fèi)用增加。&計(jì)算

7、機(jī)所承擔(dān)的工作量。如果控制的回路較多，計(jì)算量又特別大，則采樣要加長(zhǎng)；反之，可以將 米樣周期縮短。綜上分析可知：采樣周期受很多因素的影響，當(dāng)然也包括一些相互矛盾的，必須根據(jù)實(shí)際情況和 主要的要求作出較為折衷的選擇。實(shí)際過(guò)程控制中得出以下經(jīng)驗(yàn) (僅供參考)：如：流量12S,壓力 23S，溫度1.54S，液位58S等?？刂浦芷?就是每隔多長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行一次PID運(yùn)算，并將結(jié)果輸出) 進(jìn)行一次PID運(yùn)算就是一次控制周期。需要注意的是，PID控制周期與實(shí)際監(jiān)測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)的采樣周期是不同的。例如，對(duì)于溫度控制，可能 每秒采集1次數(shù)據(jù)，每隔10秒進(jìn)行一次PID控制輸出。C語(yǔ)言描述PID算法程序C語(yǔ)言描述PID算法

8、程序大體分兩種： 一種是就是比較常見的Kp,Ki,Kd三個(gè)參數(shù)求出各自的誤差再相加計(jì)算。U(t)=Kp*ek(t)-ek(t-1)+Ki*ek(t)+Kdek(t)-2*ek(t-1)+ek(t-2)+U(t-1)U(t):當(dāng)前時(shí)刻的輸出值(即這次輸出的值) U(t-1):前一時(shí)刻的輸出值(即上次輸出的值) Kp：比例系數(shù)Ki :積分系數(shù)Kd:微分系數(shù) ekt:當(dāng)前時(shí)刻的誤差(即這次的誤差) ekt-1:前一時(shí)刻的誤差(即上一次的誤差) ekt-2:前兩時(shí)刻的誤差(即上兩次的誤差) 另外一種是包括Kp,Ti,Td,Ts,也就是說(shuō)把采樣時(shí)間也加入到函數(shù)里了。U(t)=Kp*ek(t)-ek(t-

9、1)+Ts/Ti*ek(t-1)+Td/Ts*ek(t)-2*ek(t-1)+ek(t-2)+U(t-1)U(t):當(dāng)前時(shí)刻的輸出值(即這次輸出的值)U（t-1）:前一時(shí)刻的輸出值（即上次輸出的值）Kp：比例系數(shù)Ti :積分時(shí)間Td :微分時(shí)間Ts：數(shù)字PID運(yùn)算的控制周期ekt:當(dāng)前時(shí)刻的誤差（即這次的誤差）ekt-1:前一時(shí)刻的誤差（即上一次的誤差）ekt-2:前兩時(shí)刻的誤差（即上兩次的誤差）上面的兩種PID控制算法都為增量式累加上前一次的控制值再送執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制。譬如，電機(jī)的調(diào)速：PWM1這次的控制量）=PWMC上一次的控制量）+ / PWM增量）。第一種算法C語(yǔ)言表達(dá)方式如下：float

10、 u;/這次輸出的值float u1;/上次輸出的值float Kp;II比例系數(shù)float Ki;II積分系數(shù)float Kd;II微分系數(shù)float ek;II當(dāng)次誤差float ek1;II上一次誤差float ek2;II上兩次誤差I(lǐng)IPID控制，參數(shù)1: sv（設(shè)定值），參數(shù)2: fv（反饋值）void PID_Co ntrol（float sv,float fy） _float pError=0,iError=0,dError=0;ek=sv-fv;pError=ek-ek1;II比例誤差（等于當(dāng)前誤差減去前一次的誤差）iError=ek;II積分誤差（等于當(dāng)前誤差值）dError

11、=ek-ek1*2+ek2; II 微分誤差（等于當(dāng)前誤差減去前一次2倍誤差再加上前兩次的誤差） ek2=ek1; II儲(chǔ)存前兩次的誤差值ek仁ek;II儲(chǔ)存前一次的誤差值u=Kp*pErro葉Ki*iErro葉Kd*dErro葉u1;II 獲取 PID 調(diào)節(jié)的誤差值u仁u;II儲(chǔ)存前一次的輸出值第二種算法C語(yǔ)言表達(dá)方式如下：float u;II這次輸出的值float u1;II上次輸出的值float Kp;II比例系數(shù)float Ti;II積分時(shí)間float Td;II微分時(shí)間Float Ts; II數(shù)字PID運(yùn)算的控制周期float ek;II當(dāng)次誤差float ek1;II上一次誤差float ek2;II上兩次誤差I(lǐng)IPID控制，參數(shù)1: sv（設(shè)定值），參數(shù)2: fv（反饋值）/ 獲取 PID 調(diào)節(jié)的誤差值void PID_Control(float sv,float fy) float pError=0,iError=0,dError=0;ek=sv-fv; pError=ek-ek1; iError=ek;/ 比例誤差 （ 等于當(dāng)前誤差減去前