PID C语言

kenson · 发表于 2014-3-19 21:59

PID算法（c 语言)
#include <stdio.h>
#include<math.h>
//定义PID 的结构体
struct _pid
{
int pv; //integer that contains the process value 过
程量
int sp; //＊integer that contains the set point 设
定值
float integral; // 积分值－－偏差累计值
float pgain;
float igain;
float dgain;
int deadband; //死区
int last_error;
};

struct _pid warm,*pid;
int process_point, set_point,dead_band; float p_gain, i_gain, d_gain,
integral_val,new_integ;;

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
pid_init DESCRIPTION This function initializes the
pointers  in  the  _pid  structure  to  the  process  variable
and the setpoint. *pv and *sp are integer pointers.
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

void pid_init(struct _pid *warm, int process_point,
int set_point)
{
struct _pid *pid;
pid = warm;
pid->pv = process_point;
pid->sp = set_point;
}

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－pid_tune DESCRIPTION Sets the proportional gain
(p_gain), integral gain (i_gain),
derivitive  gain  (d_gain),  and  the  dead  band  (dead_band)
of a pid control structure _pid.

设定PID参数－－－－ P,I,D,死区
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

void pid_tune(struct _pid *pid, float p_gain, float
i_gain, float d_gain, int dead_band)
{
pid->pgain = p_gain;
pid->igain = i_gain;
pid->dgain = d_gain;
pid->deadband = dead_band;
pid->integral= integral_val;
pid->last_error=0;
}

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ pid_setinteg DESCRIPTION Set a new value for the
integral term of the pid equation.
This is useful for setting the initial output of the
pid controller at start up.

设定输出初始值
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

void pid_setinteg(struct _pid *pid,float new_integ)
{
pid->integral = new_integ;
pid->last_error = 0;
}

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
pid_bumpless DESCRIPTION Bumpless transfer
algorithim.
When suddenly changing setpoints, or when restarting
the PID equation after an extended pause,
the derivative of the equation can cause a bump in the controller output. This function will help smooth out
that bump.
The process value in *pv should be the updated just
before this function is used.

pid_bumpless 实现无扰切换
当突然改变设定值时，或重新启动后，将引起扰动输出。这
个函数将能实现平顺扰动，在调用该函数之前需要先更新 PV值
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

void pid_bumpless(struct _pid *pid)
{
pid->last_error = (pid->sp)-(pid->pv);  //设定值与反馈值偏差
}

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
pid_calc  DESCRIPTION  Performs  PID  calculations  for  the
_pid structure *a. This function uses the positional form of the pid
equation, and incorporates an integral windup
prevention algorithim.
Rectangular  integration  is  used,  so  this  function  must
be repeated on a consistent time basis for accurate
control.
RETURN VALUE The new output value for the pid loop.
USAGE #include "control.h"
本函数使用位置式PID计算方式，并且采取了积分饱和限制运算
PID计算
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

float pid_calc(struct _pid *pid)
{·
int err;
float pterm, dterm, result, ferror;

// 计算偏差
err = (pid->sp) - (pid->pv);
// 判断是否大于死区
if (abs(err) > pid->deadband)
{
ferror = (float) err; //do integer to float
conversion only once 数据类型转换

// 比例项
pterm = pid->pgain * ferror;

if (pterm > 100 || pterm < -100)
{
pid->integral = 0.0;
}
else
{
// 积分项
pid->integral += pid->igain * ferror;

// 输出为0－－100%
// 如果计算结果大于100，则等于100
if (pid->integral > 100.0)
{ pid->integral = 100.0;
}
// 如果计算结果小于0.0，则等于0
else if (pid->integral < 0.0)
pid->integral = 0.0;

}

// 微分项
dterm  =  ((float)(err  -  pid->last_error))  *  pid->dgain;

result = pterm + pid->integral + dterm;
}
else
result = pid->integral; // 在死区范围内，保持现有输出

// 保存上次偏差
pid->last_error = err;

// 输出PID值(0-100)
return (result); }

//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
void main(void)
{
float display_value;
int count=0;
pid = &warm;

// printf("Enter the values of Process point, Set
point, P gain, I gain, D gain \n");
// scanf("%d%d%f%f%f", &process_point, &set_point,
&p_gain, &i_gain, &d_gain);

// 初始化参数
process_point = 30;
set_point = 40;
p_gain = (float)(5.2);
i_gain = (float)(0.77);
d_gain = (float)(0.18);
dead_band = 2;
integral_val =(float)(0.01);

printf("The  values  of  Process  point,  Set  point,  P  gain,
I gain, D gain \n");
printf(" %6d %6d %4f %4f %4f\n", process_point,
set_point, p_gain, i_gain, d_gain);
printf("Enter the values of Process point\n");
while(count<=20)
{
scanf("%d",&process_point);

// 设定PV,SP 值
pid_init(&warm, process_point, set_point);

// 初始化PID 参数值
pid_tune(&warm, p_gain,i_gain,d_gain,dead_band);

// 初始化PID 输出值
pid_setinteg(&warm,0.0);
//pid_setinteg(&warm,30.0);
//Get input value for process point
pid_bumpless(&warm);

// how to display output
display_value = pid_calc(&warm);

printf("%f\n", display_value);
//printf("\n%f%f%f%f",warm.pv,warm.sp,warm.igain,wa
rm.dgain);

count++;
}
}

8055 · 发表于 2014-3-19 22:11

版主，这个更是针对什么设备的？是不是要根据不同的设备来制定不同的PID算法？比如驱动两个电炉，一个功率1000w，另一个2000w，在相同的控制温度下，同一个PID处理程序，温度的变化曲线就相差很大。

kenson · 发表于 2014-3-19 22:13

在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。在数字计算机中，PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID算法离散化，将描述连续-时间PID算法的微分方程，变为描述离散-时间PID算法的差分方程。算法中，为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e（j）（j=1，2，3，... ，k）都存储起来。这种算法得出控制量的全量输出u（k），是控制量的绝对数值。在控制系统中，这种控制量确定了执行机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应了阀门的位置（开度）。所以，将这种算法称为“位置算法”。当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动机）时，需要用PID的“增量算法”。已看不出是PID的表达式了，也看不出P、I、D作用的直接关系，只表示了各次误差量对控制作用的影响。数字增量式PID算法，只要贮存最近的三个误差采样值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足够了。

kenson · 发表于 2014-3-19 22:15

好多是在网上找的，我也在学习当中。

wen4007 · 发表于 2014-3-19 22:18

保留，这个应该好好理解

199003326 · 发表于 2014-3-20 09:29

8055 发表于 2014-3-19 22:11
$ A# x& I, e# V0 h! D+ {版主，这个更是针对什么设备的？是不是要根据不同的设备来制定不同的PID算法？比如驱动两个电炉，一个功率1 ...

用同一个PID算法没问题，但要处理好PID参数，比如热容量差不多的情况下，两个设备的P参数要差一倍左右。

yanbing2011 · 发表于 2014-3-20 10:26

收藏学习中、、、

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