【毕设教学】 经典单片机控制算法：PID - 嵌入式 物联网
文章目录
- 1 简介
- 2 什么是PID
- 2.1 P：比例
- 2.2 I：积分
- 2.3 D：微分
- 3 PID算法能做什么
- 4 PID算法实现
- 4.1 位置式pid算法实现
- 4.2 增量式PID实现：
- 4.3 抗积分饱和的PID算法实现
- 5 最后
1 简介
Hi，大家好，这里是丹成学长，今天向大家讲解经典单片机控制算法：
PID控制算法
大家可用于 课程设计 或 毕业设计
单片机-嵌入式毕设选题大全及项目分享:
https://blog.csdn.net/m0_71572576/article/details/125409052
2 什么是PID
2.1 P：比例
成比例地反映控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减小偏差。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
P参数越小比例作用越强，动态响应越快，消除误差的能力越强。通常将P参数由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数。
2.2 I：积分
为消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T,T越大，积分作用越弱，反之则越强。
2.3 D：微分
反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
D越大，微分作用越强，D越小，微分作用越弱。系统调试时通常把D从小往大调，具体参数由试验决定。
3 PID算法能做什么
既然是一种控制算法，PID理所应当的用于单片机对某种器件的控制， 一般控制对象：
- 温控（烤箱，冰箱等）
- 电机转速控制
- 平衡车控制
- 飞行器控制
- 压力、温度、流量、液位控制器
平衡车
PID温控
4 PID算法实现
PID算法不止一种，学长把常用的PID算法实现列举给大家
4.1 位置式pid算法实现
struct _pid{float SetSpeed; //定义设定值float ActualSpeed; //定义实际值float err; //定义偏差值float err_last; //定义上一个偏差值float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）float integral; //定义积分值
}pid;void PID_init(){printf("PID_init begin \n");pid.SetSpeed=0.0;pid.ActualSpeed=0.0;pid.err=0.0;pid.err_last=0.0;pid.voltage=0.0;pid.integral=0.0;pid.Kp=0.2;pid.Ki=0.015;pid.Kd=0.2;printf("PID_init end \n");
}float PID_realize(float speed){pid.SetSpeed=speed;pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;pid.integral+=pid.err;//位置式pid是对积分的持续累加，容易造成积分饱和，是系统过调pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);pid.err_last=pid.err;pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;return pid.ActualSpeed;
}
int main(){printf("System begin \n");PID_init();int count=0;while(count<1000){float speed=PID_realize(200.0);printf("%f\n",speed);count++;}
return 0;
}4.2 增量式PID实现：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>struct _pid{float SetSpeed; //定义设定值float ActualSpeed; //定义实际值float err; //定义偏差值float err_next; //定义上一个偏差值float err_last; //定义最上前的偏差值float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数
}pid;void PID_init(){pid.SetSpeed=0.0;pid.ActualSpeed=0.0;pid.err=0.0;pid.err_last=0.0;pid.err_next=0.0;pid.Kp=0.2;pid.Ki=0.015;pid.Kd=0.2;
}float PID_realize(float speed){pid.SetSpeed=speed;pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;float incrementSpeed=pid.Kp*(pid.err-pid.err_next)+pid.Ki*pid.err+pid.Kd*(pid.err-2*pid.err_next+pid.err_last);//只和前后三次的误差值有关，也方便计算pid.ActualSpeed+=incrementSpeed;pid.err_last=pid.err_next;pid.err_next=pid.err;return pid.ActualSpeed;
}int main(){PID_init();int count=0;while(count<1000){float speed=PID_realize(200.0);printf("%f\n",speed);count++;}return 0;
}
4.3 抗积分饱和的PID算法实现
float PID_realize(float speed){int index;pid.SetSpeed=speed;pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;if(pid.ActualSpeed>pid.umax) //灰色底色表示抗积分饱和的实现{if(abs(pid.err)>200) //蓝色标注为积分分离过程{index=0;}else{index=1;if(pid.err<0){//如果超上限要嘛加负值要嘛就不加了，免得进入饱和区pid.integral+=pid.err; }}}else if(pid.ActualSpeed<pid.umin){if(abs(pid.err)>200) //积分分离过程{index=0;}else{index=1;if(pid.err>0){//如果超下限要嘛加正值要嘛就不加了免得进入饱和区pid.integral+=pid.err;}}}else{if(abs(pid.err)>200) //积分分离过程{index=0;}else{index=1;pid.integral+=pid.err;}}pid.voltage=pid.Kp*pid.err+index*pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);pid.err_last=pid.err;pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;return pid.ActualSpeed;
}
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5 最后
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