由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。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： （2-1） （2-2） （2-3） 

其中 （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 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，可大大提 高运算速度。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。 ===================================================================== /*=================================================================== ================================= ===================================================================== ================================*/ 

typedef struct PID { double SetPoint; // 设定目标 Desired value double Proportion; // 比例常数 Proportional Const double Integral; // 积分常数 Integral Const double Derivative; // 微分常数 Derivative Const double LastError; // Error[-1] double PrevError; // Error[-2] double SumError; // Sums of Errors } PID; /*=================================================================== ================================= PID 计算部分 ===================================================================== ================================*/ double PIDCalc( PID *pp, double NextPoint ) { double dError, Error; Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差 pp->SumError += Error; // 积分 dError = Error - pp->LastError; // 当前微分 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 { } 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 }