PID控制算法的实现
- 格式：docx
- 大小：49.41 KB
- 文档页数：3
PID 控制算法的实现
1. PID 基本介绍
PID 控制器以期望值与输出值的偏差为输入，经过三个环节的作用后控被控对象，其原理图如图1所示：
图1 PID 控制器原理图
图中输入与输出可以表示为：
0()()()()t p i d de t u t K e t K e t dt K dt
=++⎰ (1) 其中：p K 表示比例参数；i K 表示积分时间参数；d K 表示微分时间参数。
图1中PID 的设置信号()sp y t 为每个关节所期望的步态参数，事先存在存储器中，根据需要进行读取，PID 的参数p K 、i K 、d K 是在现场进行整定，一般步骤是先选择一个较大p K ，先整定i K 再整定（一般情况下可以选择i K 为p K 的11~510
），如果满足要求了不需要整定d K ，（d K 会放大现场干扰，如果需要整定d K ，需要对采集到信号进行比较好的抗干扰处理）
3.2 PID 的数字实现
PID 算法的数字实现方式为位置式和增量式，一般选择增量式。
增量式PID 控制算法：有式（1）离散化可以得到控制器的K 和K-1个采样时刻的输出值为
112110k k k k p k i j d
j e e u K e K e K T
-----=-=++∑（2）
10k k k k p k i j d
j e e u K e K e K T
-=-=++∑（3） 由式（3）减去式（2）可得
122()k k k k p k k i j d e e e u K e e K e K T
---+∆=-++（4） T 为采样周期
1k k k u u u -=+∆（5）
3.3 PID 算法的C 语言实现
下面样例程序采用的是整数计算（当时因为采样频率高，如果采用浮点计算，会影响实时性）。
可以修改为浮点计算，结算结果需要转换为12位整数，PID 计算过程要考虑中间结果是否溢出，最终结果是在满足DA 转换器的需求
//pid 结构参数定义
Struct PidStruct
{
int32putValue;
int32 Error,Error_1,Error_2;
uint16pgain;
uint16igain;
uint16dgain; };
Struct PidParamStruct
{
uint16pgain;
uint16igain;
uint16dgain; };
//PID 计算函数，增量式PID
int32 PidProcess(int32 nRetValue,int16 nSetValue,structPidStruct *pPID)
{
int32 retPutoutValue,temp1,temp2,temp3;
pPID->Error=nSetValue-nRetValue; //输入给定值与反馈值求和
temp1=pPID->Error - pPID->Error_1; //比例部分因子
temp2=pPID->Error - 2*pPID->Error_1 + pPID->Error_2; //微分部分因子
temp3=pPID->Error; //积分部分因子retPutoutValue= pPID->pgain*temp1; //输出值的比例部分
retPutoutValue+=pPID->igain*temp3; //输出值加上积分部分
retPutoutValue+=pPID->dgain*temp2; //输出值加上微分部分
retPutoutValue+=pPID->putValue;
pPID->Error_2=pPID->Error_1;
pPID->Error_1=pPID->Error;
//考虑PutoutValue中间计算结果的处理，这个值理论上不能大于int32所表示的范围，但是考虑到控制的输出结果为int16，（需要进行修改DA为12位）
//暂时把设置为int16的表示范围，可以把该值放大，但是会引起计算的饱和，退出饱和会花较长的时间，对控制效果不好
if(retPutoutValue>32767)
{
pPID->putValue=32767;
}
else if(retPutoutValue<-32768)
{
pPID->putValue=-32768;
}
else
{
pPID->putValue=retPutoutValue; //更新输出值
}
return retPutoutValue; //返回PID输出值
}。
