PID控制算法介绍与实现

PID算法完全讲解

#include <>

typedef unsigned char uChar8;

typedef unsigned int uInt16;

typedef unsigned long int uInt32;

sbit ConOut = P1^1; //加热丝接到口

typedef struct PID_Value

{

uInt32 liEkVal[3]; //差值保存，给定和反馈的差值

uChar8 uEkFlag[3]; //符号，1则对应的为负数，0为对应的为正数

uChar8 uKP_Coe; //比例系数

uChar8 uKI_Coe; //积分常数

uChar8 uKD_Coe; //微分常数

uInt16 iPriVal; //上一时刻值

uInt16 iSetVal; //设定值

uInt16 iCurVal; //实际值

}PID_ValueStr;

PID_ValueStr PID; //定义一个结构体，这个结构体用来存算法中要用到的各种数据

bit g_bPIDRunFlag = 0; //PID运行标志位，PID算法不是一直在运算。而是每隔一定时间，算一次。

/* ********************************************************

/* 函数名称：PID_Operation()

/* 函数功能：PID运算

先进 PID 控制算法与实现

发表时间：2019-12-30T13:15:48.797Z 来源：《科学与技术》2019年 15期 作者： 赵发智

[导读] 先进PID控制在完成基本控制要求的基础上，

摘要:先进PID控制在完成基本控制要求的基础上，在系统快速性、稳定性和准确性等方面均得到了一定的改善。选取水轮机调速系统建立数学模型，以MATLAB为仿真环境对不同的控制算法进行仿真。通过对仿真结果分析可得出，先进PID控制对于系统的超调量、响应时

间、抗干扰能力等方面都要优于传统PID控制，从而验证了先进PID控制的优越性。

关键字：先进PID；水轮机调速系统；仿真；MATLAB 一、经典PID控制原理

1、模拟PID控制原理

PID控制器是根据系统运行时所测量的输入偏差(error)，按照比例(P)、积分(I)、微分(D)的函数关系进行运算，其运算结果用于被控对象的一种控制方法[1]。图1为PID控制系统原理框图，这是由一个模拟PID控制器和被控对象所构成的、最为经典的控制系统。

图1 PID控制系统原理图

PID控制器是线性控制器，可以根据给定值rin(t)和系统的输出值yout(t)形成的偏差对系统进行控制。 errort(t)=rin(t)-yout(t) (1-1)

将偏差按比例、积分和微分进行数学计算，通过线性组合成控制量，作用于被控对象，所以称为PID控制器。

PID控制规律为

(

2、数字PID控制原理

当对模拟信号的采样周期满足香农采样定理时，可以用求和代替积分、用后向差分方程代替微分，就可以使模拟的PID控制离散为数字

PID控制算法。

数字PID控制算法通常分为数字PID位置型控制算法和数字PID增量型控制算法。

2.1、数字PID位置型控制算法

计算机控制是一种采样控制，根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此对连续的模拟信号要进行离散后才可使用。把式(1-2)转换为差分方程，可以对其进行以下近似：

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段.智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制

系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器.不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器（intelligent regulator）,其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC），还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC)是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器（PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC—5等.还有可以实现PID 控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。

1、开环控制系统

开环控制系统(open-loop control system）是指被控对象的输出(被控制量)对控制器（controller）的输出没有影响.在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。

2、闭环控制系统

闭环控制系统(closed—loop control system)的特点是系统被控对象的输出（被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈（ Negative Feedback），若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统.闭环控制系统的例子很多.比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统.

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这是从网上找来的一个比较典型的PID处理程序，在使用单片机作为控制cpu时，请稍作简化，具体的PID

参数必须由具体对象通过实验确定。由于单片机的处理速度和ram资源的限制，一般不采用浮点数运算，

而将所有参数全部用整数，运算到最后再除以一个2的N次方数据（相当于移位），作类似定点数运算，可

大大提高运算速度，根据控制精度的不同要求，当精度要求很高时，注意保留移位引起的“余数”，做好余

数补偿。这个程序只是一般常用pid算法的基本架构，没有包含输入输出处理部分。

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#include

#include

/*====================================================================================================

PID Function

The PID (比例、积分、微分) function is used in mainly

control applications. PIDCalc performs one iteration of the PID

algorithm.

While the PID function works, main is just a dummy program showing

a typical usage.