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1、PID 算法深度技术帖算法深度技术帖*写给参加飞思卡尔智能车大赛的朋友写给参加飞思卡尔智能车大赛的朋友作者：王玉鹏 （郑州轻工业学院）最近很多朋友问我关于 PID 的算法。这里我就简单整理了下：PID 控制算法是最经典的自动控制算法。所有自动控制原理教材均有大幅篇章介绍。从数学模型到传递函数，公式推导不厌其烦。很多童鞋似懂非懂。下面我就从程序的角度来讲：下面是 PID 控制系统的原理图PID 算法具体分两种：一种是位置式的 ，一种是增量式的。在大多数的情况下，执行机构本身没有状态记忆功能，每时每刻都要靠控制信号驱动，如果失去控制信号，执行机构即失去功能。在这种场合必须采用位置式 PID 控制算
2、法 。也有一些执行机构具有记忆功能，即使失去驱动信号仍然可以维持原来的状态不变。例如在用步进电机作为执行机构的自动化控制系统中（数控机床最为典型）下面主要针对位置式 PID 来讲，以加温设备为例，软件采用 uc/os-ii 嵌入式操作系统环境/采用位置式 PID 控制算法的任务函数float Set;/设定值float KP;/比例常数float KI;/积分常数float KD;/微分常数float LE=0;/上次误差float SE;/累计误差void TaskSampleCtrl(void *pdata)/采样控制函数float now,E,DE,out;/定义临时变量while(1)
3、now=SampleAdc();/传感器采样一次E=Set-now; /计算当前误差SE+=E; /计算当前误差的积分值DE=E-LE; /计算当前误差的微分值out=KP*E /计算比例项+KI*SE /计算积分项+KD*DE; /计算微分项CtrlOut(out); /控制执行机构LE=E; /保存误差值以进行下次计算OSTimeDly(25); /心跳20ms 延时0.5s(采样周期)PID 参数调节：1.如果被控制对象的温度很快达到设定值，并超过设定值很多才回调（此种称为超调） ，则应该减小 KP 和 KI，降低控制强度；加大 KD，抑止超调。不一定3个参数同时都要调整，可重点调整 K
4、P;2.如果控制对象的温度很难达到设定值，或者经常低于设定值，则应该加大 KP 和 KI。增加控制的强度。3.如果控制对象的温度能够控制在设定值上，但上下波动较大。则应该加大 KD，抑止波动。同时适当减少 KI，降低积分控制对微分的控制的对冲作用。4.如果容易受环境影响而导致温度波动，则应该加大 KD，抑止波动。下面是用在智能车的 PID 上的算法实现/飞思卡尔光电智能车大赛 光电组/设计者：王玉鹏/最后修改时间：2010.07. 23. 凌晨1点36/*命名规则统一开始* /匈牙利命名法(变量首部加上)全局变量加 g_有符号整型：i无符号整型：u布尔量：b无符号 char 型：uch宏定义
5、全大写两个大写字母的单词用 _ 字符 分开*命名规则统一结束*/*统一数据类型定义开始*/说明：便于移植，书写typedef unsigned int INT16U;/无符号16位整数typedef int INT16S;/有符号16为整数typedef unsigned char CHAR8U;/无符号8位整数typedef char CHAR8S;/有符号8位整数/*统一数据类型定义结束*/#define SPEED_PER 10 /10 SPEED 10000=pwm100% 千万别乱改#define SPEED_TIMER 3 /速度累计采集定时 SPEED_TIMER*4 （ms)
6、12msINT16U g_uSpeedTemp=0;/系统用INT16U g_uSpTimeCnt=0;/速度采集定时用 系统用 0-60000INT16U g_uRelSpeedNow=0;/实际速度 0-60000INT16U g_uRelSpeedOld=0;/实际速度 0-60000/电机 PID 手工设定 开始/动态 PID P 参数 /数组元素地址 0:S 弯道 1：直道 2:保留INT16S g_iMotP3=20,20,20; /动态 PID D 参数 /数组元素地址 0:S 弯道 1：直道 2:保留 INT16S g_iMotD3=5,5,5;/电机 PID 手工设定 结束/
7、SpeedPID 开始/INT16S iSpeedPidSmart(int iSpPidTempP,int iSpPidTempD);/系统函数，用户禁止调用void vSpeedPidDo(int iPidTemp); /系统函数，用户禁止调用/SpeedPID 结束/INT16S iSpeedSet=0;/用户速度设定 *重要*/电机值更新赋值函数 开始/void vFlashSpeedUserSet(void);/用户速度控制设定更新 时间中断保持实时更新/电机值更新赋值函数 结束/void main(void)while(1)/其它 code.iSpeedSet=50;/直接设定 定时
8、器自动调节电机/其它 code.void interrupt 8 ic0_int(void)/路程中断 /其它 code./定时速度采集 开始g_uSpeedTemp+;/速度反馈if(g_uSpeedTemp60000) g_uSpeedTemp=0; /确定范围0-60000/定时速度采集 结束/其它 code.void interrupt 16 Timer4MsOver(void)/timer interrupt BUS=32M timer=4ms /其它 code./速度定时采集，即更新实测速度反馈 开始if(g_uSpTimeCntSPEED_TIMER)/速度采集定时 g_uSpT
9、imeCnt*4 （ms)g_uRelSpeedOld=g_uRelSpeedNow;/保存上一次的值g_uRelSpeedNow=g_uSpeedTemp;g_uSpeedTemp=0; /测量速度的脉冲清零g_uSpTimeCnt=0;/速度定时采集，即更新实测速度反馈 结束g_uSpTimeCnt+;vFlashSpeedUserSet();/速度定时更新 只在定时中断里/其它 code./*电机 PID 理论值计算函数开始*/INT16S iSpeedPidSmart(int iSpPidTempP,int iSpPidTempD) INT16S iNow_SetRule;INT16S
10、 iOld_SetRule;iNow_SetRule=g_uRelSpeedNow-iSpeedSet;/差值量iOld_SetRule=g_uRelSpeedOld-iSpeedSet;/差值量return ( iNow_SetRule*iSpPidTempP+(iNow_SetRule-iOld_SetRule)*iSpPidTempD );/*电机 PID 理论值计算函数结束*/*电机 PID 理论值转换为电机 PWM 脉宽 开始*/void vSpeedPidDo(int iPidTemp) /这里注意和舵机的区别 在 pid 计算的负值代表要增加的值 /被减数本应*SPEED_PER
11、,但发现效果不好iTempF=iSpeedSet*SPEED_PER-iPidTemp;/容错处理 if(iTempF=0)/正向力矩if(iTempF1000) iTempF=1000;/正向最大力矩 SPEED_F=(INT16U)iTempF;SPEED_B=0;elseif(iTempF-1000) iTempF=-1000;/反向最大力矩 SPEED_F=0;SPEED_B=(INT16U)(0-iTempF); /*电机 PID 理论值转换为电机 PWM 脉宽结束*/*电机控制动作更新开始*/void vFlashSpeedUserSet(void) if(g_uchTopLedFlag=1)|(uRoadFlag=0)|(uRoadFlag=1)/车在直道上/电机 PWM 赋值vSpeedPidDo(iSpeedPidSmart(g_iMotP1,g_iMotD1) ; else/车在 S 上/电机 PWM 赋值vSpeedPidDo(iSpeedPidSmart(g_iMotP0,g_iMotD0) ; /*电机控制动作更新结束*/结尾：PID 的三个控制参数调整不易。最新的算法有“自整定”算法和动态调整算法，属于高端科研课题，有兴趣的读者可以阅读相关资料。谢谢！照片名称：全国飞思卡尔智能车大赛 所属相册：生命中经历的点 照片描述：校队照
