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PID算法的C語言實現：抗積分飽和的PID優化
導語：C語言的設計目標是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產生少量的機器碼以及不需要任何運行環境支持便能運行的編程語言。下面我們來看看PID算法的C語言實現：抗積分飽和的PID優化，希望對大家有所幫助。
積分飽和通俗講就是系統在一個偏差方向上的飽和，比如一個系統設定了輸出不會超過100，但因為出現一個方向上的偏差積分使得輸出超過了100，此時達到了飽和狀態，如果繼續在這個方向上積分會導致PID控制超過100系統卻運行在100，相當于積分調節對系統輸出沒有作用，就出現失控的狀態，這是系統不能接受的，而且飽和積分越深，退出飽和就越久。上面是在正向的飽和，負向的飽和類似!
為了解決這個問題，我們采用抗積分飽和算法，其思路就是：如果上一次的輸出控制量超過了飽和值，飽和值為正，則這一次只積分負的偏差，飽和值為負，則這一次只積分正的偏差，從而避免系統長期留在飽和區!
下面我以位置型+抗積分飽和+積分分離的PID控制算法C語言來觀察調節結果：
//位置型+抗積分飽和+積分分離 PID控制算法
struct _pid{
float SetSpeed;
float ActualSpeed;
float Err;
float Err_Last;
float Kp,Ki,Kd;
float Voltage;
float Integral;
float Umax; //最大正飽和上限值
float Umin; //最大負飽和下限值
}pid;
void PID_Init(void)
{
printf("PID_Init begin! ");
pid.SetSpeed = 0;
pid.ActualSpeed = 0;
pid.Err = 0;
pid.Err_Last = 0;
pid.Kp = 0.2;
pid.Ki = 0.1; //增大了積分環節的值
pid.Kd = 0.2;
pid.Voltage = 0;
pid.Integral = 0;
pid.Umax = 400; //正飽和值為400
pid.Umin = -200; //負飽和值為-200
printf("PID_Init end! ");
}
float PID_Cal(float Speed)
{
unsigned char index;
pid.SetSpeed = Speed;
pid.Err = pid.SetSpeed - pid.ActualSpeed;
if(pid.ActualSpeed>pid.Umax) //如果上一次輸出變量出現正向的飽和
{
if(abs(pid.Err)>200)
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
if(pid.Err<0)
{
pid.Integral += pid.Err; //正飽和只積分負偏差
}
}
}
else if(pid.ActualSpeed {
if(abs(pid.Err)>200)
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
if(pid.Err>0)
{
pid.Integral += pid.Err; //負飽和只積分正偏差
}
}
}
else
{
if(abs(pid.Err)>200) //
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
pid.Integral += pid.Err;
}
}
pid.Voltage = pid.Kp*pid.Err +index*pid.Ki*pid.Integral + pid.Kd*(pid.Err - pid.Err_Last);
pid.Err_Last = pid.Err;
pid.ActualSpeed = pid.Voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
int main(void)
{
int count = 0 ;
printf("SYSTEM BEGIN! ");
PID_Init();
while(count<1000)
{
float speed = PID_Cal(200.0);
printf("-%d-%f-",count,speed);
count++;
}
return 0;
}
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