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1、秉承“诚实守信、服务创新、合作共赢”的理念，为合作伙伴创造价值！1. 简介PID控制指的是一种闭环控制方式将输入输出偏差的比例（P）、积分Q）和微分（D） 通过线性组合构成控制量，对被控制对象进行控制。2. PID 控制原理在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。模拟PID控制系统原理框 图如图1-1所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值rin（t）与实际输出值yout（t）构成控制偏差PID的控制规律为叩）=terror （r） +df + 丁齟丁）或写成传递函数的形式石（$ ）于 世疋 f f 1 H卜 s k式中，Kp-比例系
2、数；Ti-积分时间常数；Td-微分时间常数。 简单说来， PID 控制器各校正环节的作用如下：（1）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号error（t），偏差一旦产生，控制器立即产生 控制作用，以减少偏差。（2）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间 常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。（3）微分环节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太大之前，在 系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。3.数字PID算法原理在计算控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID控制算法通常又分为位置式PID
3、 控制算法和增量式PID控制算法。 位置式算法输出的是执行机构的实际位置，如有干扰的话，会导致大幅度变化。而增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量，所以电机控制一般都采用增量式 PID 算法。秉承“诚实守信、服务创新、合作共赢”的理念，为合作伙伴创造价值！增量式PID算法公式：( k ) = KpAe(k)+Kie(k)+KdAe(k)-Ae(k-l)e(k) = e(k) - e(k-1)e(k-1) = e(k-1) - e(k-2)-e(k) = r(k) - c(k)(因在速度控制导通角上开始是从大变小，所以该公式须变成 c(k)-r(k) 参数说明：k采样序号, k = 0
4、, 1, 2;r(t)速度给定值;c(t)速度实际输出值;u( k )-第K次采样时刻的计算机输出增量值； e(k)第K次采样时刻输入的偏差值；e(k-1)第(k-1)次采样时刻输入的偏差值；KI积分系数，KI= Kp*T/T】；KD微分系数，KD= Kp*TD/T；T采样调期；Kp比例系数；TI积分时间常数TD微分时间常数被控制对象包括步进电动机开始计算控制量( k )u( k ) = KpAe(k)+Kie(k)+KdAe(k)-Ae(k-1)为下一时刻做准备e(k-2) = e(k-l), e(k-l) = e(k)4. PID 控制参数整定方法PID控制参数的自动整定分两步进行，第一步
5、是初始确定PID控制参数；第二步是在初 定的 PID 控制参数基础上，根据直线电机控制系统的响应过程和控制目标期望值，修正初 定的 PID 参数，直至电机系统的控制指标符合所需求为止.在数字控制系统中，采样周期T是一个比较重要的因素，采样周期的选取，应与PID参数 的整定综合考虑，选取采样周期时，一般应考虑下列几个因素：（1）采样周期应远小于对象的扰动信号的周期。（2）采样周期应比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程.（3）对象所要求的调节品质，在计算机运算速度允许的情况下，采样周期短，调节品质 好.（4）性能价格比，从控制性能来考虑，希望采样周期短，但计算机运算速度，以及 A/
6、D 和 D/A 的转换速度要相应的提高，导致计算机的费用增加。（5）计算机所承担的工作量，如果控制的回路数多，计算量大，则采样周期要加长，反 之，可以缩短。由上述分析可知，采样周期受各种因素的影响，有些是相互矛盾的，必须视具体情况和主要 的要求作出折中的选择，在直线电机的单片机控制系统中，PID调节控制过程是在定时中断秉承“诚实守信、服务创新、合作共赢”的理念，为合作伙伴创造价值！ 状态下完成的，因此，采样周期 T 的大小必须保证中断服务程序的正常运行。在不影响中 断程序运行的情况下，可取采样周期T = 0.1t (t为电机系统的纯滞后时间)当中断程序的 运行时间Tz大于0.1t时，则取T =
7、 Tz.因此，采样周期可按下式确定：J04rTe0Jr初始确定数字PID控制参数时，在用上述方法确定的采样周期T的条件下，从直线电机的 数字 PID 调节控制回路中，去掉数字控制器的微分控制作用和积分控制作用，只采用比例 调节环节来确定系统的振荡周期Ts和临界比例系数Ks由单片机系统自动控制比例系数Kp, 并逐渐增大Kp,直到电机系统发生持续的等幅振荡，然后由单片机系统自动记录电机系统发 生持续的等幅振荡，然后由单片机系统自动记录电机系统发生等幅振荡时的临界比例度6s 和相应的临界振荡周期Ts.6s = 1 / KsKs等幅振荡时的临界比例系数.根据所测得的临界比例度6s和临界振荡周期Ts,便
8、可初始确定数字PID的控制参数为KP = 0.6 Tr 二 0 + 5T3tTD = 0.1251；采样周期厂取定为O.05T1-05T,0.057；Tz 0.05Th利用初始确定的数字 PID 控制参数，便可以对直线电机系统进行实时控制，采用人工智能 方法实现PID控制参数的自动整定，以达到良好的电机控制效果.5. PID应用程序实例B_Error = (6000000/(_D_Pulse * _D_Clock) * B_AvrSpeed) - B_Speed_Goal;_D_Pulse:马达转一圈产生多少信号取决于磁极对数一对则对应一个信号。_D_Clock:单片机定时器最小间隔时间4MH
9、z时,lus)B_AvrSpeed: HALL反馈一个信号周期的时间单位是us)B_Speed_Goal:当前需要的目标速度(rpm)这个值一般是目标速度除以10,也就是理论能把电机转速偏差控制在10转左右.6000000:是一分钟(转成us)除以10,以便跟目标速度相对应对应公式为: e(k) = c(k)- r(k)B_Delta_Error = B_Error - B_Error_1; 对应公式为 e(k) = e(k)- e(k-1)B_cal_temp = (_D_Ki *B_Error) +(_D_Kd *(B_Delta_Error - B_Delta_Error_1)3) +(
10、_D_Kp *B_Delta_Error) 9; 因理论得出的调整值会很大,须进行适当的衰减,右移9位,相当于除以512. 值太大,电机容易跑飞,不好控制,值太小则加速太慢,这个值可以根据调试决定. B_KpidM: 为导通角的调整量if(B_KpidM 127)B_KpidM = 127;else if(B_KpidM -127)B_KpidM = -127;B_Error_1 = B_Error;fB_Delta_Error_1 = B_Delta_Error; 此为赋值操作,为下一次计算做准备.B_New_Angle = B_Old_Angle + B_KpidM; 得出新的导通角为以前的导通角加上计算出来的调整,量这个调整量可能是正的，也可以是 负的.
