PID控制C代码(5页).doc

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1、-PID控制C代码-第 5 页PID控制 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 比例控制（P）： 比例控制是最常用的控制手段之一，比方说我们控制一个加热器的恒温100度，当开始加热时，离目标温度相差比较远，这时我们通常会加大加热，使温度快速上升，当温度超过100度时，我们则关闭输出，通常我们会使用这样一个函数 e(t) = SP y(t); u(t) = e(t)*P SP设定值、e(t)误差值、y(

2、t)反馈值、u(t)输出值、P比例系数 滞后性不是很大的控制对象使用比例控制方式就可以满足控制要求，但很多被控对象中因为有滞后性。 也就是如果设定温度是200度，当采用比例方式控制时，如果P选择比较大，则会出现当温度达到200度输出为0后，温度仍然会止不住的向上爬升，比方说升至230度，当温度超过200度太多后又开始回落，尽管这时输出开始出力加热，但温度仍然会向下跌落一定的温度才会止跌回升，比方说降至170度，最后整个系统会稳定在一定的范围内进行振荡。 如果这个振荡的幅度是允许的比方说家用电器的控制，那则可以选用比例控制.比例积分控制（PI）： 积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振

3、荡的这种特点提出的改进，它常与比例一块进行控制，也就是PI控制。 其公式有很多种，但大多差别不大，标准公式如下： u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) +u0 u(t)输出 、Kp比例放大系数 、Ki积分放大系数 、e(t)误差 、u0控制量基准值（基础偏差） 大家可以看到积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题，比方说一个控制中使用了PI控制后，如果存在静态误差，输出始终达不到设定值，这时积分项的误差累积值会越来越大，这个累积值乘上Ki后会在输出的比重中越占越多，使输出u(t)越

4、来越大，最终达到消除静态误差的目的。 PI两个结合使用的情况下，我们的调整方式如下： 1、先将I值设为0，将P值放至比较大，当出现稳定振荡时，我们再减小P值直到P值不振荡或者振荡很小为止（术语叫临界振荡状态），在有些情况下，我们还可以在些P值的基础上再加大一点。 2、加大I值，直到输出达到设定值为止。 3、等系统冷却后，再重上电，看看系统的超调是否过大，加热速度是否太慢。 通过上面的这个调试过程，我们可以看到P值主要可以用来调整系统的响应速度，但太大会增大超调量和稳定时间；而I值主要用来减小静态误差。比例积分微分控制（PID）： 因为PI系统中的I的存在会使整个控制系统的响应速度受到影响，为了

5、解决这个问题，我们在控制中增加了D微分项，微分项主要用来解决系统的响应速度问题，其完整的公式如下： u(t) = Kp*e(t) + Kie(t) + Kde(t) e(t-1)+u0在PID的调试过程中，我们应注意以下步骤： 1、 关闭I和D，也就是设为0.加大P，使其产生振荡； 2、 减小P，找到临界振荡点； 3、 加大I，使其达到目标值； 重新上电看超调、振荡和稳定时间是否吻合要求； 5、 针对超调和振荡的情况适当的增加一些微分项； 6、 注意所有调试均应在最大争载的情况下调试，这样才能保证调试完的结果可以在全工作范围内均有效；关于PID控制中采样周期和控制周期的理解：从理论上来讲采样周

6、期和控制周期尽量的缩短一些，这样可以及时的调整输出。实际上要看被控对象的反应速度，和滞后时间，因为不同的被控对象千差万别。采样周期（即反馈值的采样周期）：选取采样周期时，有下面几个因素可供参考：1、采样周期应远小于对象的扰动周期。2、采样周期应比对象的时间常数小得多，否则所采样得到的值无法反映瞬间变化的过程值。3、考虑执行机构的响应速度。如果采用的执行器的响应速度较慢，那么盲目的要求过短的采样周期将失去意义。4、对象所要求的调节品质。在计算机速度允许的情况下，采样周期短，调节品质好。5、性能价格比。从控制性能来考虑，希望采样周期短。但计算机运算速度，以及A/D和D/A的转换速度要相应地提高，会

7、导致计算机的费用增加。6、计算机所承担的工作量。如果控制的回路较多，计算量又特别大，则采样要加长；反之，可以将采样周期缩短。 综上分析可知：采样周期受很多因素的影响，当然也包括一些相互矛盾的，必须根据实际情况和主要的要求作出较为折衷的选择。实际过程控制中得出以下经验(仅供参考)：如：流量12S，压力23S，温度1.54S，液位58S等。控制周期（就是每隔多长时间进行一次PID运算，并将结果输出）进行一次PID运算就是一次控制周期。需要注意的是，PID控制周期与实际监测对象数据的采样周期是不同的。例如，对于温度控制，可能每秒采集1次数据，每隔10秒进行一次PID控制输出。C语言描述PID算法程序

8、C语言描述PID算法程序大体分两种：一种是就是比较常见的Kp,Ki,Kd三个参数求出各自的误差再相加计算。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):当前时刻的输出值(即这次输出的值)U(t-1):前一时刻的输出值(即上次输出的值)Kp：比例系数Ki：积分系数Kd：微分系数ekt：当前时刻的误差(即这次的误差)ekt-1：前一时刻的误差(即上一次的误差)ekt-2：前两时刻的误差(即上两次的误差)另外一种是包括Kp,Ti,Td,Ts,也就是说把采样时间也加入到函数里了。U(t)=Kp*ek(t)-ek(

9、t-1)+Ts/Ti*ek(t-1)+Td/Ts*ek(t)-2*ek(t-1)+ek(t-2)+U(t-1)U(t):当前时刻的输出值(即这次输出的值)U(t-1):前一时刻的输出值(即上次输出的值)Kp：比例系数Ti：积分时间Td：微分时间Ts：数字PID运算的控制周期ekt：当前时刻的误差(即这次的误差)ekt-1：前一时刻的误差(即上一次的误差)ekt-2：前两时刻的误差(即上两次的误差)上面的两种PID控制算法都为增量式累加上前一次的控制值再送执行机构控制。譬如，电机的调速:PWM1(这次的控制量)=PWM0(上一次的控制量)+ PWM(增量)。第一种算法C语言表达方式如下：floa

10、t u;/这次输出的值float u1;/上次输出的值float Kp;/比例系数float Ki;/积分系数float Kd;/微分系数float ek;/当次误差float ek1;/上一次误差float ek2;/上两次误差/PID控制，参数1：sv(设定值)，参数2：fv(反馈值)void PID_Control(float sv,float fy)float pError=0,iError=0,dError=0;ek=sv-fv;pError=ek-ek1;/比例误差(等于当前误差减去前一次的误差)iError=ek;/积分误差(等于当前误差值)dError=ek-ek1*2+ek2

11、;/微分误差(等于当前误差减去前一次2倍误差再加上前两次的误差)ek2=ek1;/储存前两次的误差值ek1=ek;/储存前一次的误差值u=Kp*pError+Ki*iError+Kd*dError+u1;/获取PID调节的误差值u1=u;/储存前一次的输出值第二种算法C语言表达方式如下：float u;/这次输出的值float u1;/上次输出的值float Kp;/比例系数float Ti;/积分时间float Td;/微分时间Float Ts;/数字PID运算的控制周期float ek;/当次误差float ek1;/上一次误差float ek2;/上两次误差/PID控制，参数1：sv(设

12、定值)，参数2：fv(反馈值)void PID_Control(float sv,float fy)float pError=0,iError=0,dError=0;ek=sv-fv;pError=ek-ek1;/比例误差(等于当前误差减去前一次的误差)iError=ek;/积分误差(等于当前误差值)dError=ek-ek1*2+ek2;/微分误差(等于当前误差减去前一次2倍误差再加上前两次的误差)ek2=ek1;/储存前两次的误差值ek1=ek;/储存前一次的误差值u=Kp*(pError+Ts/Ti*iError+Td/Ts*dError)+u1;/获取PID调节的误差值u1=u;/储存前一次的输出值