温度的PID算法和电机速度之类的PID算法是不同的,电机速度可以及时的检测到,具有响应时间短且控制实时性高等特点。然而对于温度来说响应时间往往很慢且温度自身就是个模糊量,控制难度可想而知,比如说你控制到50摄氏度但是此时电热丝还处于升温状态,而PID算法不得不考虑到这种自然惯性,因此温度PID算法难度较大。电机速度的控制相对容易一些,举一个简单的例子来说,在仪器仪表行业中比如汽车的速度指针(这里用TFT一类的显示器来模拟指针不是物理指针)当速度在增加时,越接近当前速度值指针的转动速度就越慢,做一种阻尼运动。
设定指针转动速度旧值:OldValue
设定指针转动速度新值:NewValue
设定控制系数:K
整个过程可以描述为:新值=旧值+K(旧值-上一次新值)
NewValue=OldValue+K(OldValue-NewValue) 整个过程中控制系数K的选取至关重要。
PID算法部分,相关优化会进一步更新
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在使用单片机作为控制cpu时,请稍作简化,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,
运算到最后再除以一个2的N次方数据(相当于移位),作类似定点数运算,可大大提高运算速度,
根据控制精度的不同要求,当精度要求很高时,注意保留移位引起的“余数”,做好余数补偿。
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。
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#include <string.h>
#include <stdio.h>
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PID Function
The PID function is used in mainly
control applications. PID Calc performs one iteration of the PID
algorithm.
While the PID function works, main is just a dummy program showing
a typical usage.
PID功能
在PID功能主要用于控制应用。 PID 计算器执行一个PID的迭代算法。虽然PID功能的工程,
主要只是一个虚拟程序显示一个典型的使用。
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typedef struct PID {
double SetPoint; // 设定目标 Desired Value
double Proportion; // 比例常数 Proportional Const
double Integral; // 积分常数 Integral Const
double Derivative; // 微分常数 Derivative Const
double LastError; // Error[-1]
double PrevError; // Error[-2]
double SumError; // Sums of Errors
} PID;
/*====================== PID计算部分===================*/
double PIDCalc( PID *pp, double NextPoint )
{
double dError, Error;
Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差
pp->SumError += Error; // 积分
dError = pp->LastError - pp->PrevError; // 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
);
}
/*========== 初始化的PID结构 Initialize PID Structure==========*/
void PIDInit (PID *pp)
{
memset ( pp,0,sizeof(PID));
}
/*============= 主程序 Main Program==================*/
double sensor (void) // 虚拟传感器功能 Dummy Sensor Function{ return 100.0;}
void actuator(double rDelta) // 虚拟驱动器功能 Dummy Actuator Function{}
void main(void)
{
PID sPID; // PID控制结构 PID Control Structure
double rOut; // PID响应(输出) PID Response (Output)
double rIn; // PID反馈(输入) PID Feedback (Input)
PIDInit ( &sPID ); // 初始化结构 Initialize Structure
sPID.Proportion = 0.5; // 设置PID系数 Set PID Coefficients
sPID.Integral = 0.5;
sPID.Derivative = 0.0;
sPID.SetPoint = 100.0; // 设置PID设定 Set PID Setpoint
for (;;)
{ // 模拟最多的PID处理 Mock Up of PID Processing
rIn = sensor (); // 读取输入 Read Input
rOut = PIDCalc ( &sPID,rIn ); // 执行的PID迭代 Perform PID Interation
actuator ( rOut ); // 所需的更改的影响 Effect Needed Changes
}