PID算法的输出如何与PWM的占空比相对应

只看该作者 · 2014-12-7 17:27

我的工作是做一个温控系统（不带冷却装置），加热装置就是陶瓷加热棒。通过采集所得的温度误差，经PID算法得出控制量，再利用控制量去改变由单片机输出的PWM波的占空比。最后将PWM波送到继电器以控制加热棒加热和不加热。
我的做法是：占空比=（当前PID输出量）/(PID控制量的最大值—0），其中我认为PID控制量的最大值=Kp*温度最大误差。因为在我的PID算法中采用的是积分分离，即在温度误差<3℃时，才用积分环节。所以输出量的最大值我认为是Kp*温度最大误差
但是问题是，这不是Kp完全不起作用吗？因为，当前PID输出量=Kp*ek+(Kp*Ts/Ti)*(e(k)+e(k-1)+.......)+（Kp*Td/Ts)*(e(k)-e(k-1)), 比上PID控制量的最大值不就将Kp约掉了吗？那还怎么通过Kp调节呀？

只看该作者 · 2014-12-7 23:43

在这里很难问出东西出来的，感觉这个论坛已经没落了
我现在也正在做pid，我们可以共同探讨

只看该作者 · 2014-12-8 08:40

PWM控制继电器？还是控制可控硅好一点吧。

只看该作者 · 2014-12-8 08:57

我不知道你这个算法哪找到的，但是就你这个算法本身来说，占空比本身就是个比例值。PID的最大值为波形宽度，PID当前值为有效电平宽度，它们的意义不在于比例这么简单。如果你Kp变大了，整个波形就会变宽。这会产生什么效果，你自己做实验吧。另外这里必然是要用固态继电器的。

只看该作者 · 2014-12-8 14:57

k_ryan 发表于 2014-12-7 23:43
在这里很难问出东西出来的，感觉这个论坛已经没落了
我现在也正在做pid，我们可以共同探讨 ...

可以加我的QQ：598097387

只看该作者 · 2014-12-8 18:29

控制普通继电器不能用PWM，除非是固态继电器。如果是普通继电器，建议做时间上面的**。

只看该作者 · 2014-12-8 21:39

pwm不能用普通继电器
温度滞后很大，而且你只能靠自然冷却，所以pid尽量不要超调，用pi控制，微分不能加。

只看该作者 · 2014-12-8 22:05

楼主，我的pid调整今天已经做好了，
你怎么会说kp没作用呢？
你应该搞错了吧
Kp怎么会约掉呀？当前PID输出量和上一PID控制量，两者的ek都不一样呢？
约不掉的。是不是我理解错了，还是你表达有问题，
仔细看清楚呀哦

只看该作者 · 2014-12-8 22:06

几年前我在21IC的博客里面详细解析了 PID算法的 51单片机实现

我相信可以帮到楼主

2楼，这里还是有点货的。虽然这些干货不一定是那么高深的东西。

只看该作者 · 2014-12-9 09:48

k_ryan 发表于 2014-12-8 22:05
楼主，我的pid调整今天已经做好了，
你怎么会说kp没作用呢？
你应该搞错了吧

那你的PID输出的控制量如何与PWM波的占空比相对应呢？你是怎么确定PID输出控制量的最大值？

只看该作者 · 2014-12-9 17:57

我也想知道啊

只看该作者 · 2014-12-9 21:06

emailli 发表于 2014-12-8 22:06
几年前我在21IC的博客里面详细解析了 PID算法的 51单片机实现

我相信可以帮到楼主

刚看完您若干年前写的关于PID算法的**，受益匪浅！根据您在**中的讲解，那现在我只要将PID算法输出的控制量直接给定时器寄存器就可以了，然后调节相应的PID参数即可，对吗？
由于项目中要求不能有超过10%的超调量，且陶瓷加热棒比热容非常小，而如果在一开始就引入积分项的话，就必然引起很大的超调量。所以，我只是在开始阶段引入比例和微分，在误差很小（比如3摄氏度以内）时，才加入积分、比例和微分。这样意味着，我的控制量输出是一个一直减小，到最后接近目标值时才有一个小的波动。那么，这就是说，如果我只将PID算法输出的控制量直接给定时器寄存器（16位定时器，最大值：65536），当我使用不同的比例参数Kp的话，真实控制量的最大值就有可能小于65536。也就是说，最后的占空比可能不是0~100%，而是0~80%，或者0~90%,等等。你看，我这样的理解对吗？

只看该作者 · 2014-12-9 22:10

jiero39 发表于 2014-12-9 21:06
刚看完您若干年前写的关于PID算法的**，受益匪浅！根据您在**中的讲解，那现在我只要将PID算 ...

我的做法和你这个理解差不多。
就是只需将输出量直接作为PWM的调整就行了。
反正我这样做就行了，估计你的项目也差不多

只看该作者 · 2014-12-9 22:14

我不明白为什么你要执着那个真实控制量的最大值？
其实你还可以再增加一个阀值的，超过这个阀值的范围，就取阀值。
我的项目是这么做的，这样做是为了防止PWM超出一定范围。
不知道对你是否有帮助？

1万 · 2014-12-10 01:15

首先理解有误。
PWM控制量的最大值是加载在pwm驱动上的直流电压，为固定值，与Kp， Ki 无关。占空比为 1 时，理论上的输出为最大值，即直流驱动电压；占空比为 0.5 时，理论上的输出为直流驱动电压的一半.
加热之类的控制，用PI 即可，微分没有必要，而且会引入不必要的干扰.

1万 · 2014-12-10 01:25

其次，实践时要有一个 pwm 软件或硬件模块来实现占空比，比如 65535 为最大值，即占空比为 1 ，那么pwm 模块的输入为32768时，占空比应为 0.5.
如果理论计算的占空比大于 1 或小于 0，则控制器进入了饱和或截止，这是必须考虑的控制理论问题。
超调过大意味着 Kp 过大，这是PID 参数设置的问题，可以通过理论计算或是仿真来获取最佳的Kp, Ki 参数。如果不会仿真，那么就耐心的慢慢试吧。

只看该作者 · 2014-12-10 10:15

cuya 发表于 2014-12-10 01:15
首先理解有误。
PWM控制量的最大值是加载在pwm驱动上的直流电压，为固定值，与Kp， Ki 无关。占空比为 1 ...

你好，请问“加热之类的控制，用PI 即可”这个理论怎么得出的呢？
如果控制直流电机呢？是不是也用PI就行

只看该作者 · 2014-12-10 16:52

jiero39 发表于 2014-12-9 21:06
刚看完您若干年前写的关于PID算法的**，受益匪浅！根据您在**中的讲解，那现在我只要将PID算 ...

从定时器输出到脉宽值之间你自己可以直接相等，也可以加一个基准值，因为PID控制器有负值而PWM没有。另外还要设置死区之类的，自己加入条件判断，举个例子，当PID控制器输出大于PWM最大值时，PWM输出的脉宽如何确定。软件没有那么死，自己灵活运用就是了。

只看该作者 · 2014-12-10 20:04

k_ryan 发表于 2014-12-9 22:14
我不明白为什么你要执着那个真实控制量的最大值？
其实你还可以再增加一个阀值的，超过这个阀值的范围，就 ...

非常感谢您的回复，让我启发不少！但是，我还是有两个问题：
1、16位定时寄存器的范围是0~65536，对应的占空比是0~100%。按照我们之前的理解，直接将PID 输出的控制量给定时寄存器。那么，我的阀值上限要设成65536，下限要设成0，对吗？(也就是说，当输出控制量大于等于65536时，控制量强制赋值为65536；当输出控制量小于等于0时，控制量强制赋值为0。）
2、由于我用的是积分分离的位置式（个人感觉对于没有**特性的执行机构，位置式和增量式都一样。因为在增量式中，PID的当前输出控制量还是要叠加上前一次的输出控制量，最后才是最终输出的PID控制量。倒不如用位置式简单明了。当然，前提是没有**特性的执行机构！），如之前提及的，输出的控制量是一直在减小，到了误差<3摄氏度（误差<3℃时，我将积分环节加进去了），由于积分的作用，控制量会在一个小范围内波动。纵观控制量变化的全过程，有可能它的变化永远不会超过65536，比如在-500~50000之间变化。那么给到定时寄存器就是0~50000之间变化，对应到占空比就是0~76.294%（50000/65536=0.7629394.........）之间变化。这就意味着，我的整个加热过程中，就不存在全速加热。

你看我的整个理解对吗？如果不对的话，麻烦您告知一声及您的阀值是如何设置的，谢谢！

只看该作者 · 2014-12-10 20:08

hjjadg 发表于 2014-12-8 18:29
控制普通继电器不能用PWM，除非是固态继电器。如果是普通继电器，建议做时间上面的**。 ...

是的，我的项目中用的正是固态继电器

PID算法的输出如何与PWM的占空比相对应

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