常见的PID的算法及代码示例

常见的PID的算法及代码示例

PID（比例-积分-微分）算法是控制系统中常用的一种反馈控制算法，它通过计算误差的比例、积分和微分来调整控制输入，以达到预定的控制目标。以下是一些常见的PID算法及代码示例：

一、常见的PID算法

1. 位置式PID算法
   • 位置式PID算法直接计算控制量的绝对值，每次输出都与过去的状态有关，因此计算量相对较大。其计算公式为：u(k)=Kpe(k)+K**i∑j=0k**e(j)+K**d[e(k)−e(k−1)]
   • 其中，u(k) 是第 k 次的控制量，e(k) 是第 k 次的误差，K**p、K**i、K**d 分别是比例、积分、微分系数。
2. 增量式PID算法
   • 增量式PID算法只计算控制量的增量，即本次控制量与上一次控制量之差，因此计算量相对较小，且更易于实现无扰动切换。其计算公式为：Δu(k)=K**p[e(k)−e(k−1)]+Kie(k)+K**d[e(k)−2e(k−1)+e(k−2)]
   • 实际应用中，控制量 u(k) 可通过累加增量 Δu(k) 来获得。

二、代码示例

pid.c

#include "stm32f10x.h"
#include <math.h>
#include "sys.h"
#include "pid.h"
#define PID_LIMIT_MIN -10000		//PID输出最低值
#define PID_LIMIT_MAX 10000	//PID输出最大值
//注意：PID结构体必须定义为全局变量或静态变量，然后在函数中给KP,KI,KD赋值
/************************采样周期未知且不变************************************/
//位置式PID
//pwm=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e（k）-e(k-1)]
//setvalue : 设置值（期望值）
//actualvalue: 实际值
//由于全量输出，每次输出均与过去状态有关，计算时要对ek累加，计算量大
float PID_location(float setvalue, float actualvalue, PID_LocTypeDef *PID)
{ 
	PID->ek =setvalue-actualvalue;
	PID->location_sum += PID->ek;                         //计算累计误差值
	if((PID->ki!=0)&&(PID->location_sum>(PID_LIMIT_MAX/PID->ki))) PID->location_sum=PID_LIMIT_MAX/PID->ki;
	if((PID->ki!=0)&&(PID->location_sum<(PID_LIMIT_MIN/PID->ki))) PID->location_sum=PID_LIMIT_MIN/PID->ki;//积分限幅
	
  PID->out=PID->kp*PID->ek+(PID->ki*PID->location_sum)+PID->kd*(PID->ek-PID->ek1);
  PID->ek1 = PID->ek;  
	if(PID->out<PID_LIMIT_MIN)	PID->out=PID_LIMIT_MIN;
	if(PID->out>PID_LIMIT_MAX)	PID->out=PID_LIMIT_MAX;//PID->out限幅
	
	return PID->out;
}
//增量式PID
//pidout+=Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
//setvalue : 设置值（期望值）
//actualvalue: 实际值
float PID_increment(float setvalue, float actualvalue, PID_LocTypeDef *PID)
{                                
	PID->ek =setvalue-actualvalue;
  PID->out+=PID->kp*(PID->ek-PID->ek1)+PID->ki*PID->ek+PID->kd*(PID->ek-2*PID->ek1+PID->ek2);
//	PID->out+=PID->kp*PID->ek-PID->ki*PID->ek1+PID->kd*PID->ek2;
  PID->ek2 = PID->ek1;
  PID->ek1 = PID->ek;  
		
	if(PID->out<PID_LIMIT_MIN)	PID->out=PID_LIMIT_MIN;
	if(PID->out>PID_LIMIT_MAX)	PID->out=PID_LIMIT_MAX;//限幅
	
	return PID->out;
}
 

pid.h

#ifndef __PID_H
#define __PID_H
 
#include "stm32f10x.h"
#include <math.h>
#include "sys.h"
 
typedef struct
{
  float kp;                       //比例系数Proportional
  float ki;                       //积分系数Integral
  float kd;                       //微分系数Derivative
//	float ti;                       //积分时间常数
//  float td;                       //微分时间常数
//	float period;										//采样周期
  float ek;                       //当前误差
  float ek1;                      //前一次误差e(k-1)
  float ek2;                      //再前一次误差e(k-2)
  float location_sum;             //累计积分位置
	float out;											//PID输出值
}PID_LocTypeDef;
float PID_location(float setvalue, float actualvalue, PID_LocTypeDef *PID);
float PID_increment(float setvalue, float actualvalue, PID_LocTypeDef *PID);
#endif

注意：上述代码,在实际应用中，可能需要使用操作系统的定时器或中断来实现。