工業控制PID

1.      數字（離散）PID控制算法的表達式：

將PID調節器離散化，用差分方程來代替連續系統的微分方程，分爲位置式和增量式兩類。

重點理解概念如下：

a）  基本偏差e(t)：表示當前測量值與設定目標值間的差，設定目標是被減數，結果可爲正或負值，正值表示未達到目標，負值表示超過設定值。（代表比例）

b）  偏差和：即每次測量的差值總和，注意正負（代表積分）

c）  基本偏差的相對偏差：即e(t)-e(t-1)用本次的基本偏差減去上一次的基本偏差。（代表微分）

位置式：

增量式：

位置式和增量式三個參數的作用：

1.      Kp參數：能迅速反映誤差，從而減小誤差，但他不能消除穩態誤差，加大Kp還會引起系統的不穩定。

2.      Ki參數：只要有足夠的時間，積分作用將能完全消除誤差。但其缺點積分控制是偏差累積控制，控製作業緩慢，但是如果積分作用太強會使系統的超調量加大，甚至出現振盪。

3.      Kd參數：預測誤差變化趨勢，減小超調量，克服振盪，使系統的穩定性提高，還能加快系統的動態響應速度，減小調整時間，從而改善系統的動態性能。

參考代碼如下:

/*

    位置型pid

*/
#include <stdio.h>
#include<ioctl.h>

struct _pid{
float SetSpeed;         //定義設定值
float ActualSpeed;      //定義實際值
float err;              //定義偏差值
float err_last;         //定義上一個偏差值
float Kp,Ki,Kd;         //定義比例、積分、微分系數
float voltage;          //定義電壓值（控制執行器的變量）
float integral;         //定義積分值
}pid;

//項目中獲取到的參數
void PID_init(){
    printf("PID_init begin \n");
    pid.SetSpeed=0.0;
    pid.ActualSpeed=0.0;
    pid.err=0.0;
    pid.err_last=0.0;
    pid.voltage=0.0;
    pid.integral=0.0;
    pid.Kp=0.2;             //自己設定
    pid.Ki=0.015;           //自己設定
    pid.Kd=0.2;             //自己設定
    printf("PID_init end \n");
}

float PID_realize(float speed){
    pid.SetSpeed=speed;                     //設定值
    pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;   //設定值-實際值
    pid.integral+=pid.err;                  //積分值，偏差累加
    pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);
    pid.err_last=pid.err;                   //上一個偏差值
    pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;        //算出實際值
    return pid.ActualSpeed;                 //返回
}

int main(){
    printf("System begin \n");
    PID_init();
    int count=0;
    while(count<1000)
    {
    float speed=PID_realize(200.0);
    printf("%f\n",speed);
    count++;
    }
    return 0;
}

增量式代碼：

/*
    增量型pid
*/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
struct _pid{
    float SetSpeed; //定義設定值
    float ActualSpeed; //定義實際值
    float err; //定義偏差值
    float err_next; //定義上一個偏差值
    float err_last; //定義最上前的偏差值
    float Kp,Ki,Kd; //定義比例、積分、微分系數
}pid;
void PID_init(){
    pid.SetSpeed=0.0;
    pid.ActualSpeed=0.0;
    pid.err=0.0;
    pid.err_last=0.0;
    pid.err_next=0.0;
    pid.Kp=0.2;
    pid.Ki=0.015;
    pid.Kd=0.2;
}
float PID_realize(float speed){
    pid.SetSpeed=speed;
    pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;
    float
    incrementSpeed=pid.Kp*(pid.err-pid.err_next)+pid.Ki*pid.err+pid.Kd*(pid.err-2*pid.err_next+pid.err_last);
    pid.ActualSpeed+=incrementSpeed;
    pid.err_last=pid.err_next;
    pid.err_next=pid.err;
    return pid.ActualSpeed;
}
int main(){
    PID_init();
    int count=0;
    while(count<1000)
    {
    float speed=PID_realize(200.0);
    printf("%f\n",speed);
    count++;
    }
    return 0;
}