C语言实现PID之应用

从代码中认识PID的应用

电机转速PID控制。两份网上的工程代码。

原理：PWM波控制电机转速，控制PWM波的高电平时间，即控制占空比来控制转速。

都是增量式PID，需要三次误差值，这次测的误差，error，上次测的误差，pre_error，上上次测的误差，pre_pre_error

转速是执行器的输出。

输入你想要的转速（设定的转速）Setspeed，测量得到的转速，Now_speed。

得到误差error=Setspeed-Now_speed

设定你的PID系数Kp，Ki，Kd

经过PID函数

Now_pwm = Per_pwm+Kp*(error-pre_error)+Ki*error+Kd*(pre_pre_error*pre_error+pre_pre_error)

得到输入执行器的PWM值。

void SpeedAdjust()
{long d_error,dd_error,error;                //声明变量error = (int)(speed_ept - now_speed);       //计算本次误差(期待速度-当前速度)d_error = error - pre_error;                //本次误差与上次误差之差dd_error = pre_error - pre_pre_error;       //上次误差与上上次误差之差pre_error = error;                          //将本次误差赋值给上次误差(下次计算用)pre_pre_error = pre_error;                  //将上次误差赋值给上上次误差(下次计算用)pwm_tmp = pwm_tmp + PID_P*d_error + PID_I*error + PID_D*dd_error;       //计算pwm宽度调整量if(now_speed>22)                            //如果当前速度大于22{Set_DCMotor(0,0);                       //不调整电机}else        //否则{if(pwm_tmp>=0)                      //如果pwm宽度调整为正(增加宽度){Set_DCMotor(pwm_tmp,0);         //增加直流电机转速}else        //否则{Set_DCMotor(pwm_tmp,1);         //降低直流电机转速}}before_speed = now_speed;               //讲本次速度赋值给上次速度(下次使用)
}

#include<reg52.h>
#include<stdio.h>#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define THC0 0xf8
#define TLC0 0xcc   //2msunsigned char code Duan[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//共阴极数码管，0-9段码表unsigned char Data_Buffer[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
unsigned char Data[4]={0,0,0,0};
unsigned char Arry[4]={0,0,0,0};bit flag1=0;
bit flag0=0;
uchar i=0;sbit AddSpeed=P1^1;
sbit SubSpeed=P1^2;
sbit PWM_FC=P1^0;int e=0,e1=0,e2=0;         //pid 偏差
float uk=0,uk1=0.0,duk=0.0;  //pid输出值
float Kp=5,Ki=1.5,Kd=0.9;    //pid控制系数
//float Kp=10;int out=0;
uint SpeedSet=1000;
uint cnt=0;
uint Inpluse=0,num=0;     //脉冲计数
uint PWMTime=0;                //脉冲宽度unsigned char arry[];void SendString(uint ch);
void PIDControl();
void SystemInit();
void delay(uchar x);
void PWMOUT();
void SetSpeed();
void SegRefre();/**************主函数************/
void main()
{SystemInit();//系统初始化while(1){SetSpeed();//设置速度SegRefre();//更新数码管显示PWMOUT();  //PWM输出if(flag0==1){flag0=0;ES=0;//关串口中断，避免TI引起串口中断TI=1;//printf前TI置1printf("%f",(float)(num>>8));//脉冲计数printf("%f",(float)num);     //脉冲计数while(!TI);TI=0;       //TI软件清除ES=1;      //允许串口中断}}
}//PID偏差控制计算
void PIDControl()        //pid偏差计算
{e=SpeedSet-num;//设置速度-实际速度，两者的差值 //对应于增量式PID的公式Δuk=uk-u（k-1）//  duk=(Kp*(e-e1))/100;//只调节Pduk=(Kp*(e-e1)+Ki*e)/100;//只调节PI
//  duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e+Kd*(e-2*e1+e2))/100;//调节PIDuk=uk1+duk;//uk=u(k-1)+Δukout=(int)uk;//取整后输出if(out>250) //设置最大限制out=250;else if(out<0)//设置最小限制out=0;uk1=uk;         //为下一次增量做准备e2=e1;e1=e;PWMTime=out;  //out对应于PWM高电平的时间}//较短的延时。注意delay的值不要超过255
void delay(uchar x)
{uchar i,j;for(i=x;i>0;i--)for(j=50;j>0;j--);//接近500us
}//PWM输出
void PWMOUT()
{if(cnt<PWMTime)//若小于PWM的设定时间，则输出高电平PWM_FC=1;else           //否则输出低电平PWM_FC=0;if(cnt>250)    //超过限制清零cnt=0;
}//系统初始化
void SystemInit()
{TMOD=0X21;    //T1用于串口的波特率发生器 T0用于定时TH0=THC0;      //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，事先算好装入THC0中TL0=TLC0;     //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，实现算好装入TLCO中ET0=1;        //允许定时器0中断TR0=1;       //启动定时器0EX0=1;         //允许外部中断IT0=1;         //中断方式设置为下降沿//用于串口调试时用PCON=0x00;  //SMOD不加倍SCON=0x50;    //串口工作方式1，允许接收TH1=0xfd;     //波特率9600TL1=0xfd;     //波特率9600TR1=1;        //启动定时器1ES=1;      //开串口中断EA=1;       //开总中断e =0;        //PID的差值初值均为0e1=0;         e2=0;
}//设置转速
void SetSpeed()
{if(AddSpeed==0)//按键{delay(200);//消抖if(AddSpeed==0)//再次判断按键{SpeedSet+=100;//速度增加if(SpeedSet>9999)//超限SpeedSet=9999;//设置为最大9999}}if(SubSpeed==0)//按键{delay(200);//消抖if(SubSpeed==0)//按键{SpeedSet-=100;//速度减if(SpeedSet<0)//低于速度的最小值 SpeedSet=0;//速度置零}}
}//数码管显示更新
void SegRefre()       //显示刷新
{Data_Buffer[0]=SpeedSet/1000;Data_Buffer[1]=SpeedSet%1000/100;Data_Buffer[2]=SpeedSet%100/10;Data_Buffer[3]=SpeedSet%10;Data_Buffer[4]=num/1000;Data_Buffer[5]=num%1000/100;Data_Buffer[6]=num%100/10;Data_Buffer[7]=num%10;
}//外部中断，统计脉冲数目，实际上是统计电机的转速
//在实际中，电机没有一根线引出来可以表示他的转速，只能通过传感器如霍尔传感器的方式测量转速
//脉冲一次下降沿对应于一次自增
void int0() interrupt 0
{Inpluse++;
}//定时器T0操作
void t0() interrupt 1
{static unsigned char Bit=0;//静态变量，退出程序值保留static unsigned int time=0;static unsigned int aa=0;TH0=THC0;//重新赋初值TL0=TLC0;aa++;if(aa==50)//每100ms{aa=0;flag0=1;}cnt++; //pid 周期Bit++;time++;  //转速测量周期if(Bit>8) Bit=0;//数码管总共只有8位，超过8位则在程序上进行清零//数码管显示部分P0=0xff;P2=Duan[Data_Buffer[Bit]];switch(Bit){case 0:P0=0X7F;break;case 1:P0=0XBF;break;case 2:P0=0XDF;break;case 3:P0=0XEF;break;case 4:P0=0XF7;break;case 5:P0=0XFB;break;case 6:P0=0XFD;break;case 7:P0=0XFE;break;}//数码管显示部分if(time>500)//每1s处理一次脉冲{time=0;num=Inpluse*15;//实际转速，*15是由电机决定的，电机的一个脉冲对应着电机转过了15转Inpluse=0;     //清零，为下一次计数做准备PIDControl();  //调用PID控制程序}
}//串口中断，用于对串口的数据进行处理
void u_int(void) interrupt 4
{ES=0;//关串口中断，避免在数据处理的过程中造成影响if(RI)//若有RI==1，由RI产生中断{RI=0;//RI标志位必须通过软件进行清零arry[i]=SBUF;//将字符赋到arry中i++;        //下一个数if(i>3)        //接收完了指令，进行数据处理，一共有arry[0],arry[1],arry[2],arry[3]四个数据{flag1=1;//将标志置1i=0; //i清零，重新计数}if(flag1) //若flag1==1{flag1=0;//flag1清零SpeedSet=(arry[0]-'0')+(arry[1]-'0')*10+(arry[2]-'0')*100+(arry[3]-'0')*1000;//获得的速度值//由于串口发送的是字符，所以要减去'0'}}else//对应的由TI产生中断TI=0;//TI由软件进行清零  ES=1;//处理完后再开中断
}

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