pid庫函數

本文目錄一覽：

1、PID演算法溫控C語言
2、如何用c語言實現PID演算法的參數計算
3、pid控制的C語言編程
4、PID演算法的C語言實現
5、求一個單片機C語言編寫的PID控制程序。謝謝！！

PID演算法溫控C語言

1. PID調試步驟

沒有一種控制演算法比PID調節規律更有效、更方便的了。現在一些時髦點的調節器基本源自PID。甚至可以這樣說：PID調節器是其它控制調節演算法的媽。

為什麼PID應用如此廣泛、又長久不衰？

因為PID解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，既系統的穩定性、快速性和準確性。調節PID的參數，可實現在系統穩定的前提下，兼顧系統的帶載能力和抗擾能力，同時，在PID調節器中引入積分項，系統增加了一個零積點，使之成為一階或一階以上的系統，這樣系統階躍響應的穩態誤差就為零。

由於自動控制系統被控對象的千差萬別，PID的參數也必須隨之變化，以滿足系統的性能要求。這就給使用者帶來相當的麻煩，特別是對初學者。下面簡單介紹一下調試PID參數的一般步驟：

1．負反饋

自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統接線，確定系統的反饋為負反饋。例如電機調速系統，輸入信號為正，要求電機正轉時，反饋信號也為正（PID演算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉速越高，反饋信號越大。其餘系統同此方法。

2．PID調試一般原則

a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。

b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數Ti。

c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數Td。

3．一般步驟

a.確定比例增益P

確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數設定說明），使PID為純比例調節。輸入設定為系統允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統出現振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設定PID的比例增益P為當前值的60%~70%。比例增益P調試完成。

b.確定積分時間常數Ti

比例增益P確定後，設定一個較大的積分時間常數Ti的初值，然後逐漸減小Ti，直至系統出現振蕩，之後在反過來，逐漸加大Ti，直至系統振蕩消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數Ti為當前值的150%~180%。積分時間常數Ti調試完成。

c.確定積分時間常數Td

積分時間常數Td一般不用設定，為0即可。若要設定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。

d.系統空載、帶載聯調，再對PID參數進行微調，直至滿足要求。

2.PID控制簡介

目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標誌。同時，控制理論的發展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統可分為開環控制系統和閉環控制系統。一個控制系統包括控制器、感測器、變送器、執行機構、輸入輸出介面。控制器的輸出經過輸出介面、執行機構，加到被控系統上；控制系統的被控量，經過感測器，變送器，通過輸入介面送到控制器。不同的控制系統，其感測器、變送器、執行機構是不一樣的。比如壓力控制系統要採用壓力感測器。電加熱控制系統的感測器是溫度感測器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀錶）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發了具有PID參數自整定功能的智能調節器(intelligent regulator)，其中PID控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應演算法來實現。有利用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現PID控制功能的可編程式控制制器(PLC)，還有可實現PID控制的PC系統等等。可編程式控制制器(PLC) 是利用其閉環控制模塊來實現PID控制，而可編程式控制制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網路來實現其遠程控制功能。

1、開環控制系統

開環控制系統(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環迴路。

2、閉環控制系統

閉環控制系統(closed-loop control system)的特點是系統被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環。閉環控制系統有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環控制系統均採用負反饋，又稱負反饋控制系統。閉環控制系統的例子很多。比如人就是一個具有負反饋的閉環控制系統，眼睛便是感測器，充當反饋，人體系統能通過不斷的修正最後作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋迴路，也就成了一個開環控制系統。另例，當一台真正的全自動洗衣機具有能連續檢查衣物是否洗凈，並在洗凈之後能自動切斷電源，它就是一個閉環控制系統。

3、階躍響應

階躍響應是指將一個階躍輸入（step function）加到系統上時，系統的輸出。穩態誤差是指系統的響應進入穩態後，系統的期望輸出與實際輸出之差。控制系統的性能可以用穩、准、快三個字來描述。穩是指系統的穩定性(stability)，一個系統要能正常工作，首先必須是穩定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準是指控制系統的準確性、控制精度，通常用穩態誤差來(Steady-state error)描述，它表示系統輸出穩態值與期望值之差；快是指控制系統響應的快速性，通常用上升時間來定量描述。

4、PID控制的原理和特點

在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以採用時，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

比例（P）控制

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。

積分（I）控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關係。對一個自動控制系統，如果在進入穩態後存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入「積分項」。積分項對誤差取決於時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等於零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件（環節）或有滯後(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化「超前」，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入「比例」項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是「微分項」，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

5、PID控制器的參數整定

PID控制器的參數整定是控制系統設計的核心內容。它是根據被控過程的特性確定PID控制器的比例係數、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據系統的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經驗，直接在控制系統的試驗中進行，且方法簡單、易於掌握，在工程實際中被廣泛採用。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然後按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論採用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最後調整與完善。現在一般採用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的採樣周期讓系統工作；(2)僅加入比例控制環節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時的比例放大係數和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。

3.PID控制器參數的工程整定,各種調節系統中PID參數經驗數據以下可參照：

溫度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s

壓力P: P=30~70%,T=24~180s,

液位L: P=20~80%,T=60~300s,

流量L: P=40~100%,T=6~60s。

4. PID常用口訣：

參數整定找最佳，從小到大順序查

先是比例後積分，最後再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復慢，積分時間往下降

曲線波動周期長，積分時間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動差大來波動慢。微分時間應加長

理想曲線兩個波，前高後低4比1

一看二調多分析，調節質量不會低

參考資料：

如何用c語言實現PID演算法的參數計算

Matlab有專門的從simulink到C語言代碼的轉換工具，在Simulink裡面模擬好了以後可以直接生成C代碼，不需要你自己去編程。

pid控制的C語言編程

#includeunistd.h

#includestdio.h

int main(int argc,int **argv)

{

int pid=fork();

if(pid==-1)

{

printf("error");

}

else if(pid==0)

{

printf("This is the child process!\n");

}

else

{

printf("This is the parent process! child process id=%d\n",pid);

}

return 0;

}

首先為什麼這段代碼gcc編譯不了，只能用g++編譯，gcc編譯顯示結果如下

Undefined first referenced

symbol in file

__gxx_personality_v0 /var/tmp//ccuHN8IS.o

ld: fatal: Symbol referencing errors. No output written to t5

collect2: ld returned 1 exit status

其次，g++編譯後運行結果如下

This is the parent process! child process id=27406

This is the child process!

PID演算法的C語言實現

基本流程

積分環節：主要是用來消除靜差（系統穩定後輸出值和設定值之間的差值，積分環節實際上就是偏差累積的過程，把累積的誤差加到原來系統上以抵消系統造成的靜差）

微分環節：反映了偏差信號的變化規律，根據偏差信號的變化規律來進行超前調節，從而增加系統的快速性

對上述公式進行離散化（採樣）：兩個公式

增量型PID:

通過增量型PID公式可以看出，最終表達結果和最近三次的偏差有關，最終輸出結果應該為：

首先定義結構變數體：

然後初始化變數

最後編寫控制演算法

基本演算法，沒有考慮死區問題，沒有設定上下限

在啟動、結束或大幅度增減設定時，短時間內系統輸出有很大的偏差，會造成PID運算的積分積累，導致控制量超過執行機構可能允許的最大動作範圍對應的極限控制量，從而引起較大的超調，甚至是振蕩。

為了克服這個問題，引入積分分離的概念，即當被控量和設定值偏差較大時，取消積分作用；當被控量接近設定值時，引入積分控制，以消除靜差，提高精度。

abs ：絕對值

令index=0使積分環節失效

積分飽和現象：如果系統存在一個方向的偏差，PID控制器的輸出由於積分作用的不斷累加而加大，從而導致執行機構達到極限位置。此時計算器輸出量超出正常運行範圍而進入飽和區，一旦系統出現反向偏差，輸出量將逐漸從飽和區退出，進入飽和區越深則退出飽和區時間越長，在這段時間裡，執行機構仍然停留在極限位置而不隨偏差反向而立即做出相應改變，造成性能惡化。

採用梯形積分能夠減小余差，提高精度

改變積分係數，若偏差大，積分作用減弱，係數減小；若偏差小，積分作用增強，係數增大。

變積分PID的基本思想是設法改變積分項的累加速度，使其與偏差大小對應。

使整個系統的穩定速度非常快

比例係數Kp的作用是加快系統的響應速度提高系統的調節精度

積分係數Ki的作用是消除系統的穩態誤差

微分係數Kd的作用是改善系統的動態特性

反應系統性能的兩個參數是系統誤差和誤差變化律

求一個單片機C語言編寫的PID控制程序。謝謝！！

#include stdlib.h

#include "global_varible.h"

/****************************************************************************

* 模塊名: PID

* 描述: PID調節子程序

* 採用PID-PD演算法。在偏差絕對值大於△e時，用PD演算法，以改善動態品質。

* 當偏差絕對值小於△e時，用PID演算法，提高穩定精度。

* PIDout=kp*e(t)+ki*[e(t)+e(t-1)+…+e(1)]+kd*[e(t)-e(t-1)]

*============================================================================

* 入口: 無

* 出口: 無

* 改變: PID_T_Run=加熱時間控制

*****************************************************************************/

void PID_Math(void)

{

signed long ee1; //偏差一階

//signed long ee2; //偏差二階

signed long d_out; //積分輸出

if(!Flag_PID_T_OK)

return;

Flag_PID_T_OK=0;

Temp_Set=3700; //溫度控制設定值37.00度

PID_e0 = Temp_Set-Temp_Now; //本次偏差

ee1 = PID_e0-PID_e1; //計算一階偏差

//ee2 = PID_e0-2*PID_e1+PID_e2; //計算二階偏差

if(ee1 500) //一階偏差的限制範圍

ee1 = 500;

if(ee1 -500)

ee1 = -500;

PID_e_SUM += PID_e0; //偏差之和

if(PID_e_SUM 200) //積分最多累計的溫差

PID_e_SUM = 200;

if(PID_e_SUM -200)

PID_e_SUM = -200;

PID_Out = PID_kp*PID_e0+PID_kd*ee1; //計算PID比例和微分輸出

if(abs(PID_e0) 200) //如果溫度相差小於1.5度則計入PID積分輸出

{

if(abs(PID_e0) 100) //如果溫度相差大於1度時積分累計限制

{

if(PID_e_SUM 100)

PID_e_SUM = 100;

if(PID_e_SUM -100)

PID_e_SUM = -100;

}

d_out = PID_ki*PID_e_SUM; //積分輸出

if(PID_e0 -5) //當前溫度高於設定溫度0.5度時積分累計限制

{

if(PID_e_SUM 150)

PID_e_SUM = 150;

if(PID_e_SUM 0) //當前溫度高於設定溫度0.5度時削弱積分正輸出

d_out = 1;

}

PID_Out += d_out; //PID比例,積分和微分輸出

}

else

PID_e_SUM=0;

PID_Out/=100; //恢復被PID_Out係數放大的倍數

if(PID_Out 200)

PID_Out=200;

if(PID_Out0)

PID_Out=0;

if(PID_e0 300) //當前溫度比設定溫度低3度則全速加熱

PID_Out=200;

if(PID_e0 -20) //當前溫度高於設定溫度0.2度則關閉加熱

PID_Out=0;

Hot_T_Run=PID_Out; //加熱時間控制輸出

PID_e2 = PID_e1; //保存上次偏差

PID_e1 = PID_e0; //保存當前偏差

}

////////////////////////////////////////////////////////////void PID_Math() end.

原創文章，作者：小藍，如若轉載，請註明出處：https://www.506064.com/zh-tw/n/287423.html