C++实现PID控制算法(5页).doc
-C+实现PID控制算法-第 5 页C+实现PID控制算法|C+/VC/MFC/PID算法2008-06-10 18:50第一步：控制系统的结构仿真我们要用C+实现对这个单输入单输出系统的PID控制算法，就需要先进行结构仿真，系统结构和对象的数学模型如上图所示，我们取定参数：K=2、T1=1、T2=2.5，tao=0.6（tao代表上面那个延时参数）。系统性能指标要求：超调<=10%，调节时间Ts<=10秒，绘制出系统的单位阶跃响应。控制器采用PID控制器，控制器参数包括：kp、ki、kd、T（采样时间）。对被控对象采用Z变换进行离散化，离散化后的离散化对象为：yout(k)=-den(2)yout(k-1)-den(3)yout(k-2)+num(2)u(k-1)+num(3)u(k-2) tao=0yout(k)=-den(2)yout(k-1)-den(3)yout(k-2)+num(2)u(k-1-n)+num(3)u(k-2-n) tao/T=n,n>1为整数den、num参数的获取参看“C+实现PID控制算法 理论分析|C+/VC/MFC/PID算法”2、参数声明在算法中要用到很多参数，为了方便我们定义一个结构体。typedef struct tagPid double tao; /系统纯延时参数，一般为采样时间的整数倍 double ts; /采样时间 int n; /n=tao/ts double rin,yout,u; /系统输入、系统输出、PID控制器输出 double kp,ki,kd; /PID控制器参数 double error_1,error_2; /，前1、2次的误差，在增量PID算法中需要error_2 double error,perror,ierror,derror; /用于计算PID输出u的参数 double den_1,den_2,den_3; /Z传函分母的系数 double num_1,num_2,num_3; /Z传函的分子系数 double yout_2; /系统输出过去时刻的值 CArray<double,double> u_; /控制器过去时刻的输出值，就是上面公式中的u(k-2-n) 等 int size_Yout;/Yout的大小，算法循环次数，每次的输出值计入数组Yout，用来绘制输出曲线 CArray<double,double> Yout; /输出数据数组 double maxYout,minYout; /输出值的最大值和最小值Pid;定义控制对象参数：double m_t1,m_t2,m_k,m_tao; /控制对象参数3、初始化参数void CICDoc:PidInit(Pid* pid)m_t1=1;m_t2=2.5;m_k=2;pid->ts=0.1;pid->tao=0.6;pid->n=(int)(pid->tao/pid->ts+0.5);pid->rin=1;pid->yout=0.0;pid->u=0.0;pid->kp=0.70;pid->ki=0.15;pid->kd=0.90;pid->error_1=0.0;pid->error_2=0.0;pid->error=0.0;pid->perror=0.0;pid->ierror=0.0;pid->derror=0.0;double z1,z2,b,c;if (m_t1=m_t2) z1=exp(-(pid->ts/m_t1); /e(-T/T1) z2=z1 pid->num_1=0; pid->num_2=m_k*(1-z1-pid->ts*z1/m_t1); pid->num_3=m_k*(z1*z1-z1+pid->ts*z1/m_t1); pid->den_1=1; pid->den_2=-2*z1; pid->den_3=z1*z1; else z1=exp(-(pid->ts/m_t1); /e(-T/T1) z2=exp(-(pid->ts/m_t2); /e(-T/T2) b=m_t1/(m_t2-m_t1); c=m_t2/(m_t1-m_t2); pid->num_1=0; pid->num_2=m_k*(1+b*z1+c*z2); pid->num_3=m_k*(z1*z2+b*z2+c*z1); pid->den_1=1; pid->den_2=-(z1+z2); pid->den_3=z1*z2; pid->yout_0=0.0;pid->yout_1=0.0;pid->u_.SetSize(pid->n+2,0);for (int i=0;i<pid->n+2;i+) pid->u_i=0.0;pid->size_Yout=500;pid->Yout.SetSize(pid->size_Yout); for (int i=0;i<pid->size_Yout-1;i+) pid->Youti=0.0;/最大值和最小值初始化为第一个值pid->maxYout=pid->Yout0;pid->minYout=pid->Yout0;4、PID控制算法 for (int k=0;k<pid.size_Yout;k+) pid.rin=1; /阶跃信号 pid.u=pid.kp*pid.perror+pid.ki*pid.ierror+pid.kd*pid.derror; /输出限幅 if (pid.u>10) pid.u=10; if (pid.u<-10) pid.u=-10; pid.yout=(pid.den_2)*(pid.yout_0)+(pid.den_3)*(pid.yout_1)+(pid.num_2)*(pid.u_pid.n)+(pid.num_3)*(pid.u_pid.n+1); pid.error=(pid.rin)-(pid.yout); pid.perror=pid.error; pid.ierror=pid.ierror+pid.error*pid.ts; pid.derror=(pid.error-pid.error_1)/pid.ts; pid.error_2=pid.error_1; pid.error_1=pid.error; pid.yout_1=pid.yout_0; pid.yout_0=pid.yout; for (int j=pid.n+1;j>0;j-) pid.u_j=pid.u_j-1; pid.u_0=pid.u; pid.Youtk=pid.yout; /得到最大输出值 if (pid.Youtk>pid.maxYout) pid.maxYout=pid.Youtk; /得到最小输出值 if (pid.Youtk<pid.minYout) pid.minYout=pid.Youtk;
