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PID控制算法的C语言实现六抗积分饱和的PID控制算法C语言实现

时间：2018-12-10 07:02:24

所谓的积分饱和现象是指如果系统存在一个方向的偏差，PID控制器的输出由于积分作用的不断累加而加大，从而导致执行机构达到极限位置，若控制器输出U(k)继续增大，执行器开度不可能再增大，此时计算机输出控制量超出了正常运行范围而进入饱和区。一旦系统出现反向偏差，u(k)逐渐从饱和区退出。进入饱和区越深则退出饱和区时间越长。在这段时间里，执行机构仍然停留在极限位置而不随偏差反向而立即做出相应的改变，这时系统就像失控一样，造成控制性能恶化，这种现象称为积分饱和现象或积分失控现象。

防止积分饱和的方法之一就是抗积分饱和法，该方法的思路是在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是否已经超出了极限范围：如果u(k-1)>umax，则只累加负偏差; 如果u(k-1)<umin，则只累加正偏差。从而避免控制量长时间停留在饱和区。直接贴出代码，不懂的看看前面几节的介绍。

struct _pid{

float SetSpeed; //定义设定值

float ActualSpeed; //定义实际值

float err; //定义偏差值

float err_last; //定义上一个偏差值

float Kp,Ki,Kd; //定义比例、积分、微分系数

float voltage; //定义电压值（控制执行器的变量）

float integral; //定义积分值

float umax;

float umin;

}pid;

void PID_init(){

printf("PID_init begin \n");

pid.SetSpeed=0.0;

pid.ActualSpeed=0.0;

pid.err=0.0;

pid.err_last=0.0;

pid.voltage=0.0;

pid.integral=0.0;

pid.Kp=0.2;

pid.Ki=0.1; //注意，和上几次相比，这里加大了积分环节的值

pid.Kd=0.2;

pid.umax=400;

pid.umin=-200;

printf("PID_init end \n");

}

float PID_realize(float speed){

int index;

pid.SetSpeed=speed;

pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;

if(pid.ActualSpeed>pid.umax) //灰色底色表示抗积分饱和的实现

{

if(abs(pid.err)>200) //蓝色标注为积分分离过程

{

index=0;

}else{

index=1;

if(pid.err<0)

{

pid.integral+=pid.err;

}

}else if(pid.ActualSpeed<pid.umin){

if(abs(pid.err)>200) //积分分离过程

{

index=0;

}else{

index=1;

if(pid.err>0)

{

pid.integral+=pid.err;

}

}else{

if(abs(pid.err)>200)//积分分离过程

{

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;

}

最终的测试程序运算结果如下，可以明显的看出系统的稳定时间相对前几次来讲缩短了不少。

100.000000

30.000000

95.000000

65.500000

103.750000

92.175003

115.237503

112.173752

126.794380

127.653938

137.468842

139.967911

146.934479

149.954224

155.144211

158.157745

162.174561

164.953079

168.149734

170.611786

173.205124

175.339691

177.470551

179.298065

181.063431

182.616440

184.086655

185.400513

186.628952

187.737457

188.766006

189.699692

190.561951

191.347580

192.071030

192.731674

193.338928

193.894257

194.404160

194.870834

195.299072

195.691193

196.050888

196.380341

196.682465

196.959244

197.213043

197.445572

197.658768

197.854111

198.033203

198.197311

198.347763

198.485626

198.61

198.727829

198.834000

198.931290

199.020477

199.102219

199.177139

199.245804

199.308746

199.366425

199.419296

199.467758

199.512161

199.552872

199.590179

199.624390

199.655716

199.684464

199.710785

199.734924

199.757034

199.777298

199.795883

199.812912

199.828537

199.842834

199.855972

199.867981

199.879013

199.889099

199.898361

199.906845

199.914612

199.921753

199.928268

199.934280

199.939743

199.944794

199.949371

199.953629

199.957474

199.961029

199.964279

199.967270

199.969986

199.972504

199.974792

199.976898

199.978821

199.980591

199.982208

199.983688

199.985062

199.986298

199.987442

199.988495

199.989441

199.990326

199.991135

199.991867

199.992554

199.993179

199.993744

199.994263

199.994751

199.995178

199.995590

199.995941

199.996292

199.996582

199.996887

199.997116

199.997391

199.997574

199.997803

199.997971

199.998154

199.998291

199.998444

199.998581

199.998703

199.998810

199.998917

199.999008

199.999084

199.999176

199.999237

199.999298

199.999359

199.999405

199.999466

199.999496

199.999542

199.999588

199.999619

199.999649

199.999680

199.999710

199.999725

199.999756

199.999771

199.999786

199.999817

199.999847

199.999863

199.999878

199.999893

199.999908

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