增量式PID控制代码的实现

Posted 2021-03-15 xyelectric

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函数:  int16_t Idle_PID_Ctrl(uint16_t setpoint,uint16_t point) 
功能:  增量式PID算法,得到增量值
参数:  setpoint:    设定值
       point:       当前值
返回:  uk:          PID算法的控制增量
描述:  返回增量值,即在上一次的控制量的基础上需要增加（负值意味减少）控制量
**************************************************************/
int16_t Idle_PID_Calc(uint16_t setpoint,uint16_t point) 
{
  float Kp = 0.0;                  //Proportion
  float Ki = 0.0;                  //Integral
  float Kd = 0.0;                  //Differential    
    
  static int32_t ek_2 = 0;         //上上次误差
  static int32_t ek_1 = 0;         //上一次误差
  static int32_t ek = 0;           //当前误差                                                                    
  int16_t uk;                      //控制量增量
                                        
  Kp = inpram.RPMOXLimit/100.0;    
  Ki = inpram.TPSOXLimit/1000.0;   //这里上位机将edit里的数据*10,所以Ki的实际结果为edit/100
  Kd = inpram.MAPOXLimit/1000.0;   //这里上位机将edit里的数据*10,所以Kd的实际结果为edit/100 
    
  ek = setpoint - point;           //得到当前误差
    
  uk = (int16_t)(Kp*(ek - ek_1)+ Ki*ek + Kd*(ek - 2*ek_1 + ek_2));  
   
  ek_2 = ek_1;    
  ek_1 = ek;     
   
  return (uk);  
} 

上面是增量式PID算法的当前增量值代码段，完整并且实用的程序，还要与历史增量值相加，并要对总历史总量值进行限幅，为何要限幅呢？因为控制的总量要送到执行机构，而执行机构往往是有机械限位的，

比如此例子中，实际是控制节气门的开关角度，而节气门是由舵机控制的，舵机不能变化的太大，否则转速不稳定，造成发动机熄火，还会损坏舵机，减少其寿命。

看下一段代码：

if(cnt_xS++ >= INTERVAL_50MS)  //PID控制周期，在1ms定时中断内
{
  cnt_xS = 0;            
            
  rpm_setpoint = (inpram.RevLimRpm2 - inpram.Idle_rpm)*outpc.tps;            //飞控油门对应的转速增值
  rpm_setpoint = rpm_setpoint/1000 + inpram.Idle_rpm;                        //当前油门对应的目标转速
            
  Idle.PID_increment = Idle_PID_Calc(rpm_setpoint,outpc.rpm);                //得到PID控制增量                                
  Idle.PID_value = Idle.PID_value + Idle.PID_increment;                      //得到PID控制总量,实际赋值给outpc.tps
            
  //PID控制总量(即总历史值)加入限幅算法，控制在10%，防止单个控制周期内节气门波动过大，造成转速不稳
  if(Idle.PID_value > 100) 
    {
      Idle.PID_value = 100;
    }
  else               
  if(Idle.PID_value < -100) 
    {            
      Idle.PID_value = -100;            
    }
                
  tps_temp = outpc.tps + Idle.PID_value;
  
  //对舵机进行机械限幅             
  if(tps_temp > 1000)    
    {
      Syspara.tps = 1000;
    }
  else
  if(tps_temp < 0)
    {            
      Syspara.tps = 0;
    }    
  else
    {
      Syspara.tps = tps_temp;
    }
}      

根据自己的需要加入合适的限幅算法，也可以只保留机械限幅，这里在每次总增量控制处加入10%的限幅，是防止PID增量波动过大造成舵机不稳，进而影响转速。