PID参数理解及调参方法（附典型PID算法程序）

PID参数的意义

Kp是加快系统响应速度，提高系统的调节精度；
Ki用于消除稳态误差；
Kd改善系统的稳态性能

调PID步骤

(1) 确定比例系数Kp
确定比例系数Kp 时，首先去掉PID 的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为
纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60％～70％，比例系数Kp 由0 开始逐渐增
大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp 逐渐减小，直至系统振荡消失。
记录此时的比例系数Kp，设定PID 的比例系数Kp 为当前值的60％～70％。

(2) 确定积分时间常数Ti
比例系数Kp 确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti，然后逐渐减小Ti，直至系统出现
振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID 的积分
时间常数Ti 为当前值的150％～180％。

(3) 确定微分时间常数Td
微分时间常数Td 一般不用设定，为0 即可，此时PID 调节转换为PI 调节。如果需要设定，
则与确定Kp 的方法相同，取不振荡时其值的30％。

(4) 系统空载、带载联调
对 PID 参数进行微调，直到满足性能要求。

为了达到比较好的效果一般不采用整数，但同时为了减轻单片机的负担，通常放大2^n这些参数进行运算，在运算结果中再除以2 ^n，因为单片机可以用移位来完成，速度比较快，常使用8倍或16倍放大，注意这三个参数采用相同的放大比例，而且最后一定要还原。

典型PID算法程序

位置式PID算法

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    这是从网上找来的一个比较典型的PID处理程序，在使用单片机作为控制cpu时，请稍作简化，具体的PID
参数必须由具体对象通过实验确定。由于单片机的处理速度和ram资源的限制，一般不采用浮点数运算，
而将所有参数全部用整数，运算到最后再除以一个2的N次方数据（相当于移位），作类似定点数运算，可
大大提高运算速度，根据控制精度的不同要求，当精度要求很高时，注意保留移位引起的“余数”，做好余
数补偿。这个程序只是一般常用pid算法的基本架构，没有包含输入输出处理部分。
=====================================================================================================*/
#include 
#include 
/*====================================================================================================
    PID Function
    
    The PID (比例、积分、微分) function is used in mainly
    control applications. PIDCalc performs one iteration of the PID
    algorithm.

    While the PID function works, main is just a dummy program showing
    a typical usage.
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typedef struct PID {

        double  SetPoint;           //  设定目标 Desired Value

        double  Proportion;         //  比例常数 Proportional Const
        double  Integral;           //  积分常数 Integral Const
        double  Derivative;         //  微分常数 Derivative Const

        double  LastError;          //  Error[-1]
        double  PrevError;          //  Error[-2]
        double  SumError;           //  Sums of Errors

} PID;

/*====================================================================================================
   PID计算部分
=====================================================================================================*/

double PIDCalc( PID *pp, double NextPoint )
{
    double  dError,	//Error是当前偏差、dError是当前微分
            Error;

        Error = pp->SetPoint -  NextPoint;          // 偏差
        pp->SumError += Error;                      // 积分
        dError = pp->LastError - pp->PrevError;     // 当前微分
        pp->PrevError = pp->LastError;
        pp->LastError = Error;
        return (pp->Proportion * Error              // 比例项
            +   pp->Integral * pp->SumError         // 积分项
            +   pp->Derivative * dError             // 微分项
        );
}

/*====================================================================================================
   Initialize PID Structure
=====================================================================================================*/

void PIDInit (PID *pp)
{
    memset ( pp,0,sizeof(PID));	//PID参数初始化。将pp->LastError - pp->PrevError清零，设置好kp,ki,kd值及预设值
}

/*====================================================================================================
    Main Program
=====================================================================================================*/

double sensor (void)                    //  Dummy Sensor Function
{
    return 100.0;
}

void actuator(double rDelta)            //  Dummy Actuator Function
{
}

void main(void)
{
    PID         sPID;                   //  PID Control Structure
    double      rOut;                   //  PID Response (Output)
    double      rIn;                    //  PID Feedback (Input)

    PIDInit ( &sPID );                  //  Initialize Structure
    sPID.Proportion = 0.5;              //  Set PID Coefficients
    sPID.Integral   = 0.5;
    sPID.Derivative = 0.0;
    sPID.SetPoint   = 100.0;            //  Set PID Setpoint

    for (;;) {                          //  Mock Up of PID Processing

        rIn = sensor ();                //  Read Input
        rOut = PIDCalc ( &sPID,rIn );   //  Perform PID Interation
        actuator ( rOut );              //  Effect Needed Changes
    }
}

这个程序是网上搜集而来的，我在此有疑惑，这个经典程序并没有设置采样周期，这会造成极大的CPU资源浪费，是不是采样周期还需要自己写？还是说模糊PID控制可以不设定采样周期，有热心的网友麻烦评论告诉我一下

增量式PID算法，增量式运算量没有位置式那么大，适合单片机。例程如下


下面的程序是直接给A、B、C赋值，准确的说不算是直接调Kp/Ki/Kd

typedef struct PID 
{ 
	int SetPoint; //设定目标 Desired Value 
	long SumError; //误差累计 
	double Proportion; //比例常数 Proportional Const 
	double Integral; //积分常数 Integral Const 
	double Derivative; //微分常数 Derivative Const 
	int LastError; //Error[-1] 
	int PrevError; //Error[-2] 
} PID;


static PID sPID; 
static PID *sptr = &sPID; 
/*==================================================================================================== 
Initialize PID Structure  PID参数初始化
=====================================================================================================*/ 
void IncPIDInit(void) 
{ 
	sptr->SumError = 0; 
	sptr->LastError = 0; //Error[-1] 
	sptr->PrevError = 0; //Error[-2] 
	sptr->Proportion = 0; //比例常数 Proportional Const 
	sptr->Integral = 0; //积分常数Integral Const 
	sptr->Derivative = 0; //微分常数 Derivative Const 
	sptr->SetPoint = 0; 
}

/*==================================================================================================== 
增量式PID计算部分 
=====================================================================================================*/ 
int IncPIDCalc(int NextPoint) 
{ 
	register int iError, iIncpid; //当前误差 
	iError = sptr->SetPoint - NextPoint; //增量计算 
	iIncpid = sptr->Proportion * iError //E[k]项 
	- sptr->Integral * sptr->LastError //E[k－1]项 
	+ sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项 
	//存储误差，用于下次计算 
	sptr->PrevError = sptr->LastError; 
	sptr->LastError = iError; 
	//返回增量值 
	return(iIncpid); 
}

公式