PID控制算法的C语言实现(完整版)[借鉴].pdfVIP

PID 控制算法的 C 语言实现一 PID 算法原理 最近两天在考虑一般控制算法的 C 语言实现问题，发现网络上尚没有一套完 整的比较体系的讲解。于是总结了几天，整理一套思路分享给大家。 在工业应用中 PID 及其衍生算法是应用最广泛的算法之一，是当之无愧的万 能算法，如果能够熟练掌握 PID 算法的设计与实现过程，对于一般的研发人员 来讲，应该是足够应对一般研发问题了，而难能可贵的是，在我所接触的控制 算法当中，PID 控制算法又是最简单，最能体现反馈思想的控制算法，可谓经 典中的经典。经典的未必是复杂的，经典的东西常常是简单的，而且是最简单 的，想想牛顿的力学三大定律吧，想想爱因斯坦的质能方程吧，何等的简单！ 简单的不是原始的，简单的也不是落后的，简单到了美的程度。先看看 PID 算 法的一般形式： PID 的流程简单到了不能再简单的程度，通过误差信号控制被控量，而控制 器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。这里我们规定（在 t 时刻）： 1.输入量为 rin(t); 2.输出量为 rout(t); 3.偏差量为 err(t)=rin(t)-rout(t); pid 的控制规律为 理解一下这个公式，主要从下面几个问题着手，为了便于理解，把控制环境 具体一下： 1.规定这个流程是用来为直流电机调速的; 1 / 45 2.输入量 rin(t)为电机转速预定值; 3.输出量 rout(t)为电机转速实际值; 4.执行器为直流电机; 5.传感器为光电码盘，假设码盘为 10 线; 6.直流电机采用 PWM 调速 转速用单位 转/min 表示; 不难看出以下结论： 1.输入量 rin （t）为电机转速预定值（转/min）; 2. 输出量 rout(t)为电机转速实际值（转/min）; 3.偏差量为预定值和实际值之差（转/min）; 那么以下几个问题需要弄清楚： 1.通过 PID 环节之后的 U(t)是什么值呢？ 2.控制执行器（直流电机）转动转速应该为电压值（也就是 PWM 占空比）。 3.那么 U(t)与 PWM 之间存在怎样的联系呢？ /user1/3407/archives/2006/33541.html （见附录1） 这篇文章上给出了一种方法，即，每个电压对应一个转速，电压和转速之间呈 现线性关系。但是我考虑这种方法的前提是把直流电机的特性理解为线性了， 而实际情况下，直流电机的特性绝对不是线性的，或者说在局部上是趋于线性 的，这就是为什么说PID 调速有个范围的问题。具体看一下 /component/article90249.htm （见附录2） 这篇文章就可以了解了。所以在正式进行调速设计之前，需要现有开环系统， 测试电机和转速之间的特性曲线 （或者查阅电机的资料说明），然后再进行闭 环参数整定。这篇先写到这，下一篇说明连续系统的离散化问题。并根据离散 化后的特点讲述位置型 PID 和增量型 PID 的用法和C 语言实现过程。 2 / 45 PID 控制算法的 C 语言实现二 PID 算法的离散化 上一节中，我论述了 PID 算法的基本形式，并对其控制过程的实现有了一个 简要的说明，通过上一节的总结，基本已经可以明白 PID 控制的过程。这一节 中先继续上一节内容补充说明一下。 1.说明一下反馈控制的原理，通过上一节的框图不难看出，PID 控制其实是 对偏差的控制过程; 2.如果偏差为 0,则比例环节不起作用，只有存在偏差时，比例环节才起作 用。 3.积分环节主要是用来消除静差，所谓静差，就是系统稳定后输出值和设定 值之间的差值，积分环节实际上就是偏差累计的过程，把累计的误差加到原有 系统上以抵消系统造成的静差。 4.而微分信号则反应了偏差信号的变化规律，或者说是变化趋势，根据偏差 信号的变化趋势来进行超前调节，从而增加了系统的快速性。 好了，关于 PID 的基本说明就补充到这里，下面将对PID 连续系统离散化， 从而方便在处理器上实现。下面把连续状态的公式再贴一下： 假设采样间隔为 T，则在第K T 时刻： 偏差 err(K)=rin(K)-rout(K); 积分环节用加和的形式表示，即 err(K)+err(K+1)+……; 微分环节用斜率的形式表示，即[err(K)-