51单片机PID算法程序.docx

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.06M 资料格式：docx 举报版权申诉

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51 单片机 PID 算法程序(二)位置式 PID 控制算法 (转载请注明出处 blog.ednchina.com/tengjingshu ) 由 51 单片机组成的数字控制系统控制中，PID 控制器是通过 PID 控制算法实现的。51 单片机通过 AD 对信号进行采集，变成数字信号，再在单片机中通过算法实现 PID 运算，再通过 DA 把控制量反馈回控制源。从而实现对系统的伺服控制。位置式 PID 控制算法位置式 PID 控制算法的简化示意图

上图的传递函数为：在时域的传递函数表达式对上式中的微分和积分进行近似式中 n 是离散点的个数。于是传递函数可以简化为：其中（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）

u(n)——第 k 个采样时刻的控制； KP ——比例放大系数； Ki ——积分放大系数； Kd ——微分放大系数； T ——采样周期。如果采样周期足够小，则（2-4）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。（2-4）表示的控制算法直接按（2-1）所给出的 PID 控制规律定义进行计算的，所以它给出了全部控制量的大小，因此被称为全量式或位置式 PID 控制算法。缺点： 1）由于全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算时要对 e(k)(k=0, 1,…n)进行累加，工作量大。 2）因为计算机输出的 u(n)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出 u(n)将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实际生产中是不允许的。位置式 PID 控制算法 C51 程序

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 r am 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。 =========================================================== ==========================================*/ #include #include //C 语言中 memset 函数头文件 /*========================================================== ========================================== 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. =========================================================== ==========================================*/ typedef struct PID { double SetPoint; double Proportion; double Integral; double Derivative; double LastError; // 设定目标 Desired value // 比例常数 Proportional Const // 积分常数 Integral Const // 微分常数 Derivative Const // Error[-1] // Error[-2] // Sums of Errors double PrevError; double SumError; } PID; /*========================================================== ========================================== PID 计算部分 =========================================================== ==========================================*/ double PIDCalc( PID *pp, double NextPoint )

// 偏差 // 积分 // 当前微分 { double dError, Error; Error = pp->SetPoint - NextPoint; pp->SumError += Error; dError = Error - pp->LastError; pp->PrevError = pp->LastError; pp->LastError = Error; return (pp->Proportion * Error // 比例项 + pp->Integral * pp->SumError // 积分项 + pp->Derivative * dError // 微分项 ); } /*========================================================== ========================================== Initialize PID Structure PID 参数初始化 =========================================================== ==========================================*/ void PIDInit (PID *pp) { memset ( pp,0,sizeof(PID)); } /*========================================================== ========================================== Main Program 主程序 =========================================================== ==========================================* double sensor (void) // Dummy Sensor Function { return 100.0; } void actuator(double rDelta) // Dummy Actuator Function {} void main(void) { PID sPID; // PID Control Structure double rOut; // PID Response (Output) double rIn; // PID Feedback (Input) PIDInit ( &sPID ); // Initialize Structure sPID.Proportion = 0.5; // Set PID Coefficients sPID.Integral = 0.5; sPID.Derivative = 0.0; sPID.SetPoint = 100.0; // Set PID Setpoint for (;;) { // Mock Up of PID Processing rIn = sensor (); // Read Input

rOut = PIDCalc ( &sPID,rIn ); // Perform PID Interation actuator ( rOut ); // Effect Needed Changes } 参考资料： 1）Atmel 8-bit AVR Microcontrollers Application Note:AVR221: Discrete PI D controller 2）茶壶 - pid C 程序，好东西 - 腾讯博客 – Qzone http://qzone.qq.com/blog/38162254-1225976777 3） PID 调节控制做电机速度控制，SUNPLUS 凌阳科技

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