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1.根据我控制算法类文章中关于PID的理论的一些描述，同时也根据网络上一些其他的PID文章，以及自己最近一个项目的实践后，总结了几套基于C语言的PID算法，由于网络中很少有人进行分享完整的PID算法实现，我这里分享下。 （1）头文件，定义pid的结构体，类的概念，包含pid的属性和方法 #ifndef __PID_H_
#define __PID_H_
#include <stdint.h>
typedef struct _pid
{
int16_t set_value; // 给定值，rin(k)
int16_t actual_value; // 实际值，反馈值，rout(k)
int16_t err; // 偏差值，rin(k) - rout(k)
int16_t err_last; // 上一次偏差值，rin(k - 1) - rout(k - 1)
int16_t err_last_last; // 上一次上一次的偏差值，rin(k - 2) - rout(k - 2)
float kp; // 比例系数
float ki; // 积分系数
float kd; // 微分系数
float uk; // pid公式运算结果值
float incremental_value; // 增量值
float integral_value; // 积分值
float umax; // uk的上限值，抗积分饱和用
float umin; // uk的下限值，抗积分饱和用
int16_t err_up_value; // 偏差上限值，积分分离用
int16_t ki_k; // 积分的再次乘机系数，积分分离用
float out_value; //
float(*position_type)(struct _pid *ppid); // 位置型PID算法，无积分分离、无抗积分饱和
float(*incremental_type)(struct _pid *ppid); // 增量型PID算法
float(*integral_separation_type)(struct _pid *ppid); // 积分分离PID算法
float(*int_sep_anti_sat_type)(struct _pid *ppid); // 积分分离 + 抗积分饱和PID算法
}_pid_t;
_pid_t *pid_create(void);
extern _pid_t *pg_pid;
#endif
（2）.c文件，包含头文件中4个PID算法的实现，包含位置型PID算法、增量型PID算法、积分分离PID算法、积分分离+抗饱和PID算法 #include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "pid.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "portmacro.h"
#include "semphr.h"
#include "Debug.h"
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_position_type
* Function ：位置型PID算法，无积分分离、无抗积分饱和
*
* [url=home.php?mod=space&uid=187600]@author[/url] ：why
* [url=home.php?mod=space&uid=536309]@NOTE[/url] : 积分分离：能解决初期系统偏差值大，累加到积分项中，引起系统超调、振荡问题。积分是为了消除静态误差的，应在误差在小范围时引入积分
* : 抗积分饱和：能解决执行器到达极限值时，但uk还在增大，使得系统进入饱和，进入饱和区的时间越长，当系统出现反向偏差，解决这个反向偏差的时间就会越长，此时系统会像失控一样。
* ：进入抗积分饱和，当uk超过上限时，积分向只累加负偏差，当uk超过下限时，积分项只累加正偏差。
*
× @param ：pid
*
*
* [url=home.php?mod=space&uid=266161]@return[/url] : uk
*************************************/
static float pid_position_type_f(struct _pid *ppid)
{
ppid->err = ppid->set_value - ppid->actual_value; // 偏差
ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
ppid->uk = ppid->kp * ppid->err + ppid->ki * ppid->integral_value + ppid->kd * (ppid->err - ppid->err_last);
ppid->err_last = ppid->err;
return (ppid->uk);
}
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_incremental_type_f
* Function ：增量型PID算法
*
* @author ：why
* @note : 相较于位置型，因为与3个偏差相关，增强了系统稳定性
*
× @param ：pid
*
*
* @return : uk + 增量值
*************************************/
static float pid_incremental_type_f(struct _pid *ppid)
{
ppid->err = ppid->set_value - ppid->actual_value; // 偏差
//ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
ppid->incremental_value = ppid->kp * ( ppid->err - ppid->err_last) + ppid->ki * ppid->err + ppid->kd * (ppid->err - 2 * ppid->err_last + ppid->err_last_last);
ppid->uk += ppid->incremental_value;
ppid->err_last_last = ppid->err_last;
ppid->err_last = ppid->err;
return (ppid->uk);
}
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_integral_separation_type_f
* Function ：积分分离PID算法
*
* @author ：why
* @note : 能解决初期系统偏差值大，累加到积分项中，引起系统超调、振荡问题。积分是为了消除静态误差的，应在误差在小范围时引入积分
*
× @param ：pid
*
*
* @return : uk
*************************************/
static float pid_integral_separation_type_f(struct _pid *ppid)
{
ppid->err = ppid->set_value - ppid->actual_value; // 偏差
// 误差过大去除积分效果
if ( abs(ppid->err) > ppid->err_up_value )
{
ppid->ki_k = 0;
}
else
{
ppid->ki_k = 1;
ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
}
ppid->uk = ppid->kp * ppid->err + ppid->ki_k * ppid->ki * ppid->integral_value + ppid->kd * (ppid->err - ppid->err_last);
ppid->err_last = ppid->err;
return (ppid->uk);
}
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_int_sep_anti_sat_type_f
* Function ：积分分离 + 抗积分饱和PID算法
*
* @author ：why
* @note : 能解决初期系统偏差值大，累加到积分项中，引起系统超调、振荡问题。积分是为了消除静态误差的，应在误差在小范围时引入积分
* : 抗积分饱和：能解决执行器到达极限值时，但uk还在增大，使得系统进入饱和，进入饱和区的时间越长，当系统出现反向偏差，解决这个反向偏差的时间就会越长，此时系统会像失控一样。
* ：进入抗积分饱和，当uk超过上限时，积分向只累加负偏差，当uk超过下限时，积分项只累加正偏差。
*
× @param ：pid
*
*
* @return : uk
*************************************/
static float pid_int_sep_anti_sat_type_f(struct _pid *ppid)
{
ppid->err = ppid->set_value - ppid->actual_value; // 偏差
Debug("ppid->err = %d\r\n", ppid->err);
if ( ppid->out_value > ppid->umax ) // 抗积分饱和
{
// 误差过大去除积分效果
if ( abs(ppid->err) > ppid->err_up_value ) // 积分分离
{
ppid->ki_k = 0;
}
else
{
ppid->ki_k = 1;
if ( ppid->err < 0 )
{
ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
}
}
}
else if ( ppid->out_value < ppid->umin ) // 抗积分饱和
{
// 误差过大去除积分效果
if ( abs(ppid->err) > ppid->err_up_value ) // 积分分离
{
ppid->ki_k = 0;
}
else
{
ppid->ki_k = 1;
if ( ppid->err > 0 )
{
ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
}
}
}
else
{
// 误差过大去除积分效果
if ( abs(ppid->err) > ppid->err_up_value )
{
ppid->ki_k = 0;
}
else
{
ppid->ki_k = 1;
ppid->integral_value += ppid->err; // 积分累加
}
}
ppid->uk = ppid->kp * ppid->err + ppid->ki_k * ppid->ki * ppid->integral_value + ppid->kd * (ppid->err - ppid->err_last);
ppid->err_last = ppid->err;
// if ( ppid->uk >= 0.07 && ppid->uk <= 1 )
// {
// ppid->uk = 1;
// }
//
// if ( ppid->uk <= -0.07 && ppid->uk >= -1 )
// {
// ppid->uk = -1;
// }
return (ppid->uk);
}
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_init
* Function : pid实例构造
*
* @author ：why
*
*
*************************************/
static void pid_init(_pid_t *ppid)
{
ppid->kp = 0.2;
ppid->ki = 0.05;
ppid->kd = 0;
ppid->umax = 4000;
ppid->umin = 0;
ppid->position_type = pid_position_type_f;
ppid->incremental_type = pid_incremental_type_f;
ppid->integral_separation_type = pid_integral_separation_type_f;
ppid->int_sep_anti_sat_type = pid_int_sep_anti_sat_type_f;
}
/*************************************
*
* Funciton Name : pid_create
* Function : pid实例创建
* @author : why
*
* @return : 返回pid实例
*
*************************************/
_pid_t *pid_create(void)
{
_pid_t *ppid = (_pid_t *)pvPortMalloc(sizeof(_pid_t));
memset(ppid, 0, sizeof(_pid_t));
pid_init(ppid);
return ppid;
}
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