增量式PID算法

幾木夕 2014-08-09

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    程序是自己編的，根據(jù)多方資料改寫了一部分，為增量式PID算法。程序采用浮點形式，如果MCU速度不夠快，可根據(jù)需求轉(zhuǎn)換定點運算。
    關(guān)鍵變量：ref——設(shè)置的參數(shù)；feb——采樣反饋；根據(jù)實際情況修改這兩個變量即可。
    相關(guān)參數(shù)：Kp、Ti、Td、T：根據(jù)各項目的控制對象不同而修改其定義值。

//定義變量
double ref = 0;//設(shè)置參數(shù)
double feb = 0;//采樣反饋

int pwm_var = 0;    //PID調(diào)整量
Uint16 PWM_out = 0; //PWM輸出量

double Uo = 0;
double Ek = 0;
double Ei = 0;
double Ed = 0;

#define Kp   8        //PID調(diào)節(jié)的比例常數(shù)
#define Ti   0.05     //PID調(diào)節(jié)的積分常數(shù)
#define Td   0.02     //PID調(diào)節(jié)的微分時間常數(shù)
#define T    0.02     //采樣周期

#define Kpp   Kp * ( 1 + (T / Ti) + (Td / T) )
#define Ki   (-Kp) * ( 1 + (2 * Td / T ) )
#define Kd    Kp * Td / T

//#define Kpp 4
//#define Ki 0.8
//#define Kd 20

//誤差的閥值，小于這個數(shù)值的時候，不做PID調(diào)整，避免誤差較小時頻繁調(diào)節(jié)引起震蕩
#define Emin 3

//調(diào)整值限幅，防止積分飽和
#define Umax 100
#define Umin -100

//輸出值限幅
#define Pmax 15500
#define Pmin 200

///////////////////////////////////////////////////////////////////
//////    PID運算    ///////
void pid_ctrl(void)
{
Ek = ref - feb;       //差值運算

if( fabs(Ek) < Emin ) //誤差的閥值(死區(qū)控制??)
{
    pwm_var = 0;
}
else
{
    Uo = Kpp*Ek + Ki*Ei + Kd*Ed;//PID計算
    Ed = Ei;
    Ei = Ek;

    pwm_var = (int)Uo;    //強制轉(zhuǎn)化調(diào)整量,PWM為整數(shù)

    if(pwm_var >= Umax)pwm_var = Umax;    //調(diào)整值限幅，防止積分飽和
    if(pwm_var <= Umin)pwm_var = Umin;    //調(diào)整值限幅，防止積分飽和
}

PWM_out += pwm_var;        //調(diào)整PWM輸出

if(PWM_out > Pmax)PWM_out = Pmax;    //輸出值限幅
if(PWM_out < Pmin)PWM_out = Pmin;    //輸出值限幅

TBCCR1 = PWM_out;//輸出給寄存器,改變PWM占空比

}

///////////////////////////////////////////////////////////////////

調(diào)用示例：

void main(void)
{
ref = 120.6;

while(1)
{
    feb = adc_sample();

    pid_ctrl();
}
}

另外附上：PID調(diào)節(jié)經(jīng)驗總結(jié)（搜索資源）
    PID控制器參數(shù)選擇的方法很多，例如試湊法、臨界比例度法、擴充臨界比例度法等。但是，對于PID控制而言，參數(shù)的選擇始終是一件非常煩雜的工作，需要經(jīng)過不斷的調(diào)整才能得到較為滿意的控制效果。依據(jù)經(jīng)驗，一般PID參數(shù)確定的步驟如下：
(1)確定比例系數(shù)Kp
    確定比例系數(shù)Kp時，首先去掉PID的積分項和微分項，可以令Ti=0、Td=0，使之成為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許輸出最大值的60％～70％，比例系數(shù)Kp由0開始逐漸增大，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例系數(shù)Kp逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的比例系數(shù)Kp，設(shè)定PID的比例系數(shù)Kp為當(dāng)前值的60％～70％。
(2)確定積分時間常數(shù)Ti
    比例系數(shù)Kp確定之后，設(shè)定一個較大的積分時間常數(shù)Ti，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，然后再反過來，逐漸增大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設(shè)定PID的積分時間常數(shù)Ti為當(dāng)前值的 150％～180％。
(3)確定微分時間常數(shù)Td
    微分時間常數(shù)Td一般不用設(shè)定，為0即可，此時PID調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換為PI調(diào)節(jié)。如果需要設(shè)定，則與確定Kp的方法相同，取不振蕩時其值的30％。
(4)系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)
    對PID參數(shù)進行微調(diào)，直到滿足性能要求。