电赛控制类PID算法实现
一、什么是PID
学过自动控制原理的对PID并不陌生，PID控制是对偏差信号e(t)进行比例、积分和微分运算变换后形成的一种控制规律。PID 算法的一般形式：
- PID控制系统原理框图
二、PID离散化
对PID连续系统离散化，从而方便在处理器上实现，PID 离散表示形式：
离散化后最终得到位置式PID：
u(k)为控制器输出的控制量;（输出）
e(k)为偏差信号，它等于给定量与输出量之差；（输入）
Kp 为比例系数；
Ti 为积分时间常数；
Td 为微分时间常数。
1. 位置式PID公式
2. 增量式PID公式
三、两种PID的不同点
- 位置式
是一种非递推算法，输出值U(k)和执行机构的实际位置一一对应，在不带积分部件的对象中可以很好的应用。但是每次输出均与过去的状态有关，计算量大。 - 增量式
输出的是增量，控制增量的值仅与最近3次采样值有关，不需要累计偏差，运算量小，计算错误影响小。但会积分截断效应大，有稳态误差。
四、C语言程序实现
- pid.c
#include "pid.h"
/*定义PID参数结构体*/
typedef struct _PID
{
float Kp,Ki,Kd;//比例系数、积分系数、微分系数
float SetValue,ActualValue;//目标值、实际值
float Error;//第K次误差
float LastError;//第K-1次误差
float PreError;//第K-2次误差
float SumError;//累计偏差
float Integral,MaxI;//积分、积分限幅
float Output,MaxOut;//输出、输出限幅
}PID;
/************************************************
*@brief ：位置式PID控制器
*@param ：PID结构体变量地址,当前实际值
*@retval : 期望输出值
*************************************************/
int32_t Position_PID_Control(PID *pid,float Cur_Value)
{
pid->Error=pid->SetValue-Cur_Value; //计算偏差
pid->SumError +=pid->Error;//累计偏差
pid->ActualValue=(pid->Kp*(pid->Error-pid->LastError))//比例环节
+(pid->Ki*pid->SumError)//积分环节
+(pid->Kd*(pid->Error-pid->LastError);//微分环节
pid->LastError=pid->Error;
return ((int32_t)pid->ActualValue); //返回计算值
}
/************************************************
*@brief ：速度闭环PID控制
*@param ：PID结构体变量地址,当前实际值
*@retval : 期望输出值
*************************************************/
int32_t Inc_Pid_Ctrl(PID *pid,float Cur_Value)
{
pid->Error=pid->SetValue-Cur_Value; //计算偏差
pid->ActualValue +=(pid->Kp*(pid->Error-pid->LastError))//比例环节
+(pid->Ki*(pid->Error))//积分环节
+(pid->Kd*(pid->Error-2*pid->LastError+pid->PreError));//微分环节
pid->PreError=pid->LastError;//存储偏差，进行下次计算
pid->LastError=pid->Error;
return ((int32_t)pid->ActualValue); //返回计算值
}