Python 实现PID控制一阶惯性系统

1.PID.py

#  PID控制一阶惯性系统测试程序#*****************************************************************#
#                      增量式PID系统                              #
#*****************************************************************#
class IncrementalPID:def __init__(self, P, I, D):self.Kp = Pself.Ki = Iself.Kd = Dself.PIDOutput = 0.0             #PID控制器输出self.SystemOutput = 0.0          #系统输出值self.LastSystemOutput = 0.0      #上次系统输出值self.Error = 0.0                 #输出值与输入值的偏差self.LastError = 0.0self.LastLastError = 0.0#设置PID控制器参数def SetStepSignal(self,StepSignal):self.Error = StepSignal - self.SystemOutputIncrementValue = self.Kp * (self.Error - self.LastError) + self.Ki * self.Error + self.Kd * (self.Error - 2 * self.LastError + self.LastLastError)self.PIDOutput += IncrementValueself.LastLastError = self.LastErrorself.LastError = self.Error#设置一阶惯性环节系统  其中InertiaTime为惯性时间常数def SetInertiaTime(self,InertiaTime,SampleTime):self.SystemOutput = (InertiaTime * self.LastSystemOutput + SampleTime * self.PIDOutput) / (SampleTime + InertiaTime)self.LastSystemOutput = self.SystemOutput# *****************************************************************#
#                      位置式PID系统                              #
# *****************************************************************#
class PositionalPID:def __init__(self, P, I, D):self.Kp = Pself.Ki = Iself.Kd = Dself.SystemOutput = 0.0self.ResultValueBack = 0.0self.PidOutput = 0.0self.PIDErrADD = 0.0self.ErrBack = 0.0def SetInertiaTime(self, InertiaTime,SampleTime):self.SystemOutput = (InertiaTime * self.ResultValueBack + SampleTime * self.PidOutput) / (SampleTime + InertiaTime)self.ResultValueBack = self.SystemOutputdef SetStepSignal(self,StepSignal):Err = StepSignal - self.SystemOutputKpWork = self.Kp * ErrKiWork = self.Ki * self.PIDErrADDKdWork = self.Kd * (Err - self.ErrBack)self.PidOutput = KpWork + KiWork + KdWorkself.PIDErrADD += Errself.ErrBack = Err

2.TestPID.py

import PID
import matplotlib.pyplot as plt
plt.figure(1) # 创建图表1
plt.figure(2) # 创建图表2#测试PID程序
def TestPID(P, I, D):IncrementalPid = PID.IncrementalPID(P, I, D)PositionalPid = PID.PositionalPID(P, I, D)IncrementalXaxis = [0]IncrementalYaxis = [0]PositionalXaxis = [0]PositionalYaxis = [0]for i in range(1, 500):#增量式IncrementalPid.SetStepSignal(100.2)IncrementalPid.SetInertiaTime(3,0.1)IncrementalYaxis.append(IncrementalPid.SystemOutput)IncrementalXaxis.append(i)#位置式PositionalPid.SetStepSignal(100.2)PositionalPid.SetInertiaTime(3,0.1)PositionalYaxis.append(PositionalPid.SystemOutput)PositionalXaxis.append(i)plt.figure(1)      # 选择图表1plt.plot(IncrementalXaxis, IncrementalYaxis,'r')plt.xlim(0,120)plt.ylim(0,140)plt.title("IncrementalPID")plt.figure(2)     # 选择图表2plt.plot(PositionalXaxis, PositionalYaxis, 'b')plt.xlim(0,120)plt.ylim(0,140)plt.title("PositionalPID")plt.show()if __name__ == "__main__":TestPID(4.5,0.5,0.1)

3.实现效果：

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