電賽控制類PID演算法實現

一、什麼是PID

學過自動控制原理的對PID並不陌生，PID控制是對偏差信號e(t)進行比例、積分和微分運算變換後形成的一種控制規律。PID 演算法的一般形式：

• PID控制系統原理框圖
  

二、PID離散化

對PID連續系統離散化，從而方便在處理器上實現，PID 離散表示形式：

離散化後最終得到位置式PID：

u(k)為控制器輸出的控制量;（輸出）
e(k)為偏差信號，它等於給定量與輸出量之差；（輸入）
Kp 為比例繫數；
Ti 為積分時間常數；
Td 為微分時間常數。

1. 位置式PID公式

2. 增量式PID公式

三、兩種PID的不同點

• 位置式
  是一種非遞推演算法，輸出值U(k)和執行機構的實際位置一一對應，在不帶積分部件的對象中可以很好的應用。但是每次輸出均與過去的狀態有關，計算量大。
• 增量式
  輸出的是增量，控制增量的值僅與最近3次採樣值有關，不需要累計偏差，運算量小，計算錯誤影響小。但會積分截斷效應大，有穩態誤差。

四、C語言程式實現

• pid.c

#include "pid.h"

/*定義PID參數結構體*/
typedef struct _PID
{
    float Kp,Ki,Kd;//比例繫數、積分繫數、微分繫數
    float SetValue,ActualValue;//目標值、實際值
    float Error;//第K次誤差
    float LastError;//第K-1次誤差
    float PreError;//第K-2次誤差
    float SumError;//累計偏差
    float Integral,MaxI;//積分、積分限幅
    float Output,MaxOut;//輸出、輸出限幅
}PID;

/************************************************
*@brief  ：位置式PID控制器
*@param  ：PID結構體變數地址,當前實際值
*@retval : 期望輸出值
*************************************************/
int32_t Position_PID_Control(PID *pid,float Cur_Value)
{
    pid->Error=pid->SetValue-Cur_Value; //計算偏差      
    pid->SumError +=pid->Error;//累計偏差
    pid->ActualValue=(pid->Kp*(pid->Error-pid->LastError))//比例環節
    +(pid->Ki*pid->SumError)//積分環節
    +(pid->Kd*(pid->Error-pid->LastError);//微分環節
    pid->LastError=pid->Error;
    return ((int32_t)pid->ActualValue); //返回計算值	 
}

/************************************************
*@brief  ：速度閉環PID控制
*@param  ：PID結構體變數地址,當前實際值
*@retval : 期望輸出值
*************************************************/
int32_t Inc_Pid_Ctrl(PID *pid,float Cur_Value)
{
    pid->Error=pid->SetValue-Cur_Value; //計算偏差
    pid->ActualValue +=(pid->Kp*(pid->Error-pid->LastError))//比例環節
    +(pid->Ki*(pid->Error))//積分環節
    +(pid->Kd*(pid->Error-2*pid->LastError+pid->PreError));//微分環節 
    pid->PreError=pid->LastError;//存儲偏差，進行下次計算                                                             
    pid->LastError=pid->Error;                                                            	
    return ((int32_t)pid->ActualValue); //返回計算值
}