标题: PID算法代码 [打印本页]

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作者: look_w    时间: 2017-9-23 12:42     标题: PID算法代码

本帖最后由 look_w 于 2017-9-23 16:18 编辑

六、在代码中理解PID：（好好看注释，很好理解的。注意结合下面PID的公式）
首先看PID的增量型公式：
PID=Uk+KP*【E(k)-E(k-1)】+KI*E(k)+KD*【E(k)-2E(k-1)+E(k-2)】
在单片机中运用PID，出于速度和RAM的考虑，一般不用浮点数，这里以整型变量为例来讲述PID在单片机中的运用。由于是用整型来做的，所以不是很精确。但是对于一般的场合来说，这个精度也够了，关于系数和温度在程序中都放大了10倍，所以精度不是很高，但是大部分的场合都够了，若不够，可以再放大10倍或者100倍处理，不超出整个数据类型的范围就可以了。一下程序包括PID计算和输出两部分。当偏差>10度时全速加热，偏差在10度以内时为PID计算输出。
程序说明：下面的程序，先看main函数。可知在对定时器0初始化后就一直在执行PID_Output（）函数。在PID_Output（）函数中先用iTemp变量来得到PID运算的结果，来决定是启动加热丝加热还是不启动加热丝。下面的if语句结合定时器来决定PID算法多久执行一次。PID_Operation()函数看似很复杂，其实就一直在做一件事：根据提供的数据，用PID公式把最终的PID值算出来。

• #include <reg52.h>
• typedef unsigned char      uChar8;
• typedef unsigned int       uInt16;
• typedef unsigned long
  int  uInt32;
• sbit ConOut = P1^1;     //加热丝接到P1.1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
• /* 入口参数：无（隐形输入，系数、设定值等）
• /* 出口参数：无（隐形输出，U(k)）
• /* 函数说明：U(k)+KP*[E(k)-E(k-1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)]
• ******************************************************** */
• void PID_Operation(void)
• {
•     uInt32 Temp[3] = {0};   //中间临时变量
•     uInt32 PostSum = 0;     //正数和
•     uInt32 NegSum = 0;      //负数和
•     if(PID.iSetVal > PID.iCurVal)                //设定值大于实际值否？
•     {
•         if(PID.iSetVal - PID.iCurVal > 10)      //偏差大于10否？
•             PID.iPriVal = 100;                  //偏差大于10为上限幅值输出(全速加热)
•         else
  //否则慢慢来
•         {
•             Temp[0] = PID.iSetVal - PID.iCurVal;    //偏差<=10,计算E(k)
•             PID.uEkFlag[1] = 0;                     //E(k)为正数,因为设定值大于实际值
•             /* 数值进行移位，注意顺序，否则会覆盖掉前面的数值 */
•             PID.liEkVal[2] = PID.liEkVal[1];
•             PID.liEkVal[1] = PID.liEkVal[0];
•             PID.liEkVal[0] = Temp[0];
•             /* =================================================================== */
•             if(PID.liEkVal[0] > PID.liEkVal[1])              //E(k)>E(k-1)否？
•             {
•                 Temp[0] = PID.liEkVal[0] - PID.liEkVal[1];  //E(k)>E(k-1)
•                 PID.uEkFlag[0] = 0;                         //E(k)-E(k-1)为正数
•             }
•             else
•             {
•                 Temp[0] = PID.liEkVal[1] - PID.liEkVal[0];  //E(k)<E(k-1)
•                 PID.uEkFlag[0] = 1;                         //E(k)-E(k-1)为负数
•             }
•             /* =================================================================== */
•             Temp[2] = PID.liEkVal[1] * 2;                   //2E(k-1)
•             if((PID.liEkVal[0] + PID.liEkVal[2]) > Temp[2]) //E(k-2)+E(k)>2E(k-1)否？
•             {
•                 Temp[2] = (PID.liEkVal[0] + PID.liEkVal[2]) - Temp[2];
•                 PID.uEkFlag[2]=0;                           //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为正数
•             }
•             else
  //E(k-2)+E(k)<2E(k-1)
•             {
•                 Temp[2] = Temp[2] - (PID.liEkVal[0] + PID.liEkVal[2]);
•                 PID.uEkFlag[2] = 1;                         //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为负数
•             }
•             /* =================================================================== */
•             Temp[0] = (uInt32)PID.uKP_Coe * Temp[0];        //KP*[E(k)-E(k-1)]
•             Temp[1] = (uInt32)PID.uKI_Coe * PID.liEkVal[0]; //KI*E(k)
•             Temp[2] = (uInt32)PID.uKD_Coe * Temp[2];        //KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]
•             /* 以下部分代码是讲所有的正数项叠加，负数项叠加 */
•             /* ========= 计算KP*[E(k)-E(k-1)]的值 ========= */
•             if(PID.uEkFlag[0] == 0)
•                 PostSum += Temp[0];                         //正数和
•             else
•                 NegSum += Temp[0];                          //负数和
•             /* ========= 计算KI*E(k)的值 ========= */
•             if(PID.uEkFlag[1] == 0)
•                 PostSum += Temp[1];                         //正数和
•             else
•                 ;   /* 空操作。就是因为PID.iSetVal > PID.iCurVal（即E(K)>0）才进入if的，
•                     那么就没可能为负，所以打个转回去就是了 */
•             /* ========= 计算KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]的值 ========= */
•             if(PID.uEkFlag[2]==0)
•                 PostSum += Temp[2];             //正数和
•             else
•                 NegSum += Temp[2];              //负数和
•             /* ========= 计算U(k) ========= */
•             PostSum += (uInt32)PID.iPriVal;
•             if(PostSum > NegSum)                 //是否控制量为正数
•             {
•                 Temp[0] = PostSum - NegSum;
•                 if(Temp[0] < 100 )               //小于上限幅值则为计算值输出
•                     PID.iPriVal = (uInt16)Temp[0];
•                 else PID.iPriVal = 100;         //否则为上限幅值输出
•             }
•             else
  //控制量输出为负数，则输出0(下限幅值输出)
•                 PID.iPriVal = 0;
•         }
•     }
•     else PID.iPriVal = 0;                       //同上，嘿嘿
• }
• /* ********************************************************
• /* 函数名称：PID_Output()
• /* 函数功能：PID输出控制
• /* 入口参数：无（隐形输入，U(k)）
• /* 出口参数：无（控制端）
• ******************************************************** */
• void PID_Output(void)
• {
•     static uInt16 iTemp;
•     static uChar8 uCounter;
•     iTemp = PID.iPriVal;
•     if(iTemp == 0)
•         ConOut = 1;     //不加热
•     else ConOut = 0;    //加热
•     if(g_bPIDRunFlag)   //定时中断为100ms(0.1S)，加热周期10S(100份*0.1S)
•     {
•         g_bPIDRunFlag = 0;
•         if(iTemp) iTemp--;      //只有iTemp>0，才有必要减“1”
•         uCounter++;
•         if(100 == uCounter)
•         {
•             PID_Operation();    //每过0.1*100S调用一次PID运算。
•             uCounter = 0;
•         }
•     }
• }
• /* ********************************************************
• /* 函数名称：PID_Output()
• /* 函数功能：PID输出控制
• /* 入口参数：无（隐形输入，U(k)）
• /* 出口参数：无（控制端）
• ******************************************************** */
• void Timer0Init(void)
• {
•     TMOD |= 0x01;   // 设置定时器0工作在模式1下
•     TH0 = 0xDC;
•     TL0 = 0x00;     // 赋初始值
•     TR0 = 1;        // 开定时器0
•     EA = 1;         // 开总中断
•     ET0 = 1;        // 开定时器中断
• }
• void main(void)
• {
•     Timer0Init();
•     while(1)
•     {
•         PID_Output();
•     }
• }
• void Timer0_ISR(void) interrupt 1
• {
•     static uInt16 uiCounter = 0;
•     TH0 = 0xDC;
•     TL0 = 0x00;
•     uiCounter++;
•     if(100 == uiCounter)
•     {
•         g_bPIDRunFlag = 1;
•     }
• }

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