PID算法程序—位置式PID控制算法

由单片机组成的数字控制系统控制中，PID控制器是通过PID控制算法实现的。单片机通过AD对信号进行采集，变成数字信号，再在单片机中通过算法实现PID运算，再通过DA把控制量反馈回控制源。从而实现对系统的伺服控制。位置式PID控制算法位置式PID控制算法的简化示意图上图的传递函数为：（2-1）在时域的传递函数表达式（2-2）对上式中的微分和积分进行近似（2-3）式中n是离散点的个数。于是传递函数可以简化为：（2-4）其中u(n)——第k个采样时刻的控制；KP——比例放大系数；Ki——积分放大系数；Kd——微分放大系数；T——采样周期。如果采样周期足够小，则（2-4）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。（2-4）表示的控制算法直接按（2-1）所给出的PID控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式PID控制算法。缺点：1）由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算时要对e(k)(k=0,1,…n)进行累加，工作量大。2）因为计算机输出的u(n)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出u(n)将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实际生产中是不允许的。位置式PID控制算法程序具体的PID参数必须由具体对象通过实验确定。由于单片机的处理速度和ram资源的限制，一般不采用浮点数运算，而将所有参数全部用整数，可大大提高运算速度。这个程序只是一般常用pid算法的基本架构，没有包含输入输出处理部分。=====================================================================/*=========================================================================================================================================================================================================*/typedefstructPID{doubleSetPoint;//设定目标DesiredvaluedoubleProportion;//比例常数ProportionalConstdoubleIntegral;//积分常数IntegralConstdoubleDerivative;//微分常数DerivativeConstdoubleLastError;//Error[-1]doublePrevError;//Error[-2]doubleSumError;//SumsofErrors}PID;/*====================================================================================================PID计算部分=====================================================================================================*/doublePIDCalc(PID*pp,doubleNextPoint){doubledError,Error;Error=pp-SetPoint-NextPoint;//偏差pp-SumError+=Error;//积分dError=Error-pp-LastError;//当前微分pp-PrevError=pp-LastError;pp-LastError=Error;return(pp-Proportion*Error//比例项+pp-Integral*pp-SumError//积分项+pp-Derivative*dError//微分项);}/*====================================================================================================InitializePIDStructurePID参数初始化=====================================================================================================*/voidPIDInit(PID*pp){memset(pp,0,sizeof(PID));}/*====================================================================================================MainProgram主程序=====================================================================================================*doublesensor(void)//DummySensorFunction{}voidactuator(doublerDelta)//DummyActuatorFunction{}voidmain(void){PIDsPID;//PIDControlStructuredoublerOut;//PIDResponse(Output)doublerIn;//PIDFeedback(Input)PIDInit(&sPID);//InitializeStructuresPID.Proportion=0.5;//SetPIDCoefficientssPID.Integral=0.5;sPID.Derivative=0.0;sPID.SetPoint=100.0;//SetPIDSetpointfor(;;){//MockUpofPIDProcessingrIn=sensor();//ReadInputrOut=PIDCalc(&sPID,rIn);//PerformPIDInterationactuator(rOut);//EffectNeededChanges}