如何去实现基于stm32的PID算法增量式程序呢

基于stm32的PID算法粗略讲解

一、PID算法的分类

增量式与位移式的区别

  1.输出不同：位置PID控制的输出与整个过去状态有关，并且使用了误差的累加值；而增量PID的输出仅与当前拍和前两拍的误差有关，因此位置PID控制的累积误差相对较大。
  2．是否有积分部分：增量PID控制输出为控制量增量，没有积分功能，因此该方法适用于带有积分部分的对象，例如步进电机等。 ，但位置PID适用于执行没有积分部件的对象，例如电动液压伺服阀。
  3．是否具有记忆功能：由于增量PID输出是控制量增量，因此，如果计算机出现故障，则故障影响较小，执行器本身具有记忆功能，该功能仍可保留且不会严重影响系统的工作，而位置输出直接对应于对象的输出，因此对系统影响较大。
  但通常情况下使用增量式
  二、PID的三个参数

  1. kP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. kI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。
  3. KD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。
  
  

  

  
  

  

  三.增量式程序




/************************** .h文件******************************/




#ifndef _pid_H
#define _pid_H


#define     MODEL_P       1
#define     MODEL_PI      2
#define     MODEL_PID     3


typedef struct
{
    u8 choose_model;                    //使用哪个模式调节，以方便分布调试
   
    float curr;                   //当前值
    float set;                    //设定值
   
    float En;                     //当前时刻误差值
    float En_1;                   //前一时刻误差值
    float En_2;                   //前二时刻误差值
        
    float Kp;                     //比例系数
    float T;                      //每隔T控制器输出一次PID运算结果


    u16   Tdata;                  //判断PID周期到没到
    float Ti;                     //积分时间常数
    float Td;                     //微分时间常数
   
    float Dout;                   //增量PID计算本次应该输出的增量值-本次计算的结果


    float OUT0;                   //一个维持的输出，防止失控
   
    short currpwm;                //当前的pwm宽度
    u16 pwmcycle;                 //pwm周期


}PID;


extern u8 STATUS;
extern PID pid;
void PID_Init(void);      //增量式PID初始化
void pid_calc(void);              //pid计算 并输出




/************************** .c文件******************************/




#endif
#include "pid.h"
#include "PWM_Config.h"
#include "USART_Config.h"                   //USART设置


PID pid;


void PID_Init()                  //
{
    pid.choose_model = MODEL_PID;
    pid.T=330;                                //采样周期，定时器使用1ms，则最小执行PID的周期为330ms
   
    pid.set =280;                            //用户设定值
    pid.Kp=0.5;                        //比例系数
    pid.Ti=40;                               //微分系数常数
    pid.Td=10;                                //积分时间常数
    pid.OUT0=0;                        //一个维持的输出


    pid.pwmcycle = 330;                    //PWM的周期
}
   
void pid_calc()                         
{
        float dk1;float dk2;
          float t1,t2,t3;
   
    if(pid.Tdata < (pid.T))                  //最小计算周期未到
     {
            return ;
     }
    pid.Tdata = 0;
   
    pid.En=pid.set-pid.curr;                  //本次误差
    dk1=pid.En-pid.En_1;                   //本次偏差与上次偏差之差
    dk2=pid.En-2*pid.En_1+pid.En_2;
   
          t1=pid.Kp*dk1;                           //比例
   
    t2=(pid.Kp*pid.T)/pid.Ti;              //积分
    t2=t2*pid.En;
   
    t3=(pid.Kp*pid.Td)/pid.T;                //微分
    t3=t3*dk2;
   
    switch(pid.choose_model)
     {
         case MODEL_P:                    //仅用P
                                pid.Dout= t1;                    
                                printf("使用P运算rn") ;
                     break;
         
         case MODEL_PI:                  //仅用PI
                                pid.Dout= t1+t2;               
                                printf("使用PI运算rn") ;
                    break;
                 
         case MODEL_PID:                 //用PID
                                pid.Dout= t1+t2+t3;        
                                printf("使用PID运算rn") ;
                                break;
         }
         
    pid.currpwm+=pid.Dout;                  //本次应该输出的PWM
    printf("PID算得的OUT:t%drn",(int)pid.currpwm) ;
     
    if(pid.currpwm>pid.pwmcycle)       //确保值在0-pid.pwmcycle之间
    {
      pid.currpwm=pid.pwmcycle;
    }
    if(pid.currpwm<0)
    {
     pid.currpwm=0;
    }
   
    printf("实际输出使用的OUT:t%drn",(int)pid.currpwm) ;
    pid.En_2=pid.En_1;
    pid.En_1=pid.En;   
}
总结

1首先整定比例部分。将比例系数Kp由小变大
2置积分时间Ti为一较大值，并将经第一步整定很到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的4/5)，观察系统响应的情况
3 比例系数由小到大，然后找出超调小的Kp
4 积分时间常数Ti由大变小，适当调整Kp
5 微分时间常数Td由小变大，适当调整Ti和Kp
6 KP设定，最初使用1，假如控制之后实际值比设定值小不够，那就增大。反之就减少。
7 TI设定，数据先很大。看效果
8 如果TI加进去之后数据很久才变化到目标值就逐渐减小。如果TI减少到执行几次都是比设定值大的时候那就逐渐增大
9如果刚加进去变化很快，并且超调很高，就增大来调节
10 积分就看情况调节。