谈C51实现PID算法

wuwei_3009084 · TA的每日心情 开心 2013-12-17 13:39

关于PID的算法实现，很多书上都讲了。

但是，最近真正要用PID算法的时候，发现书上的代码在我们51上来实现还不是那么容易的事情。简单的说来，就是不能直接调用。仔细分析你可以发现，教材上的、网上现行的PID实现的C语言代码几乎都是用浮点型的数据来做的，可以想象，如果我们的计算使用浮点数据，那我们的51单片机来运行的话会有多痛苦。

所以，本人自己琢磨着弄了一个整型变量来实现了PID算法，由于是用整型数来做的，所以也不是很精确，但是对于很多的使用场合，这个精度也够了。关于系数和采样电压全部是放大10倍处理的。所以精度不是很高，但是也不是那么低，大部分的场合都够用了。实在觉得精度不够，可以再放大10倍或者100倍处理，但是要注意不超出整个数据类型的范围就可以了。

本人做的是带死区控制的PID算法。

具体的参考代码参见下面：

typedef struct PIDValue
{
uint32 Ek_Uint32[3];       //差值保存，给定和反馈的差值
uint8  EkFlag_Uint8[3];    //符号，1则对应的Ek为负数，0为对应的Ek为正数

uint8 KP_Uint8;
uint8 KI_Uint8;
uint8 KD_Uint8;
uint8 B_Uint8;    //死区电压

uint8 KP;    //显示修改的时候用
uint8 KI;    //
uint8 KD;    //
uint8 B;    //

uint16  Uk_Uint16; //上一时刻的控制电压
}PIDValueStr;

PIDValueStr xdata PID;

/*******************************

**PID = Uk + (KP*E(k) - KI*E(k-1) + KD*E(k-2));
********************************/
void PIDProcess(void)
{
uint32 idata Temp[3];  //
uint32 idata PostSum;  //正数和
uint32 idata NegSum; //负数和

Temp[0] = 0;
Temp[1] = 0;
Temp[2] = 0;
PostSum = 0;
NegSum = 0;

if( ADPool.Value_Uint16[UINADCH] > ADPool.Value_Uint16[UFADCH] )  //给定大于反馈,则EK为正数
{
   Temp[0] = ADPool.Value_Uint16[UINADCH] - ADPool.Value_Uint16[UFADCH]; //计算Ek[0]
      if( Temp[0] > PID.B_Uint8 )
      {
   //数值移位
         PID.Ek_Uint32[2] = PID.Ek_Uint32[1];
         PID.Ek_Uint32[1] = PID.Ek_Uint32[0];
         PID.Ek_Uint32[0] = Temp[0];
         //符号移位
PID.EkFlag_Uint8[2] = PID.EkFlag_Uint8[1];
PID.EkFlag_Uint8[1] = PID.EkFlag_Uint8[0];
PID.EkFlag_Uint8[0] = 0;                      //当前EK为正数

         Temp[0] = (uint32)PID.KP_Uint8 * PID.Ek_Uint32[0]; // KP*EK0
         Temp[1] = (uint32)PID.KI_Uint8 * PID.Ek_Uint32[1]; // KI*EK1
         Temp[2] = (uint32)PID.KD_Uint8 * PID.Ek_Uint32[2]; // KD*EK2
      }
}
else //反馈大于给定
{
   Temp[0] = ADPool.Value_Uint16[UFADCH] - ADPool.Value_Uint16[UINADCH]; //计算Ek[0]
      if( Temp[0] > PID.B_Uint8 )
      {
   //数值移位
         PID.Ek_Uint32[2] = PID.Ek_Uint32[1];
         PID.Ek_Uint32[1] = PID.Ek_Uint32[0];
         PID.Ek_Uint32[0] = Temp[0];
         //符号移位
PID.EkFlag_Uint8[2] = PID.EkFlag_Uint8[1];
PID.EkFlag_Uint8[1] = PID.EkFlag_Uint8[0];
PID.EkFlag_Uint8[0] = 1;                      //当前EK为负数

         Temp[0] = (uint32)PID.KP_Uint8 * PID.Ek_Uint32[0]; // KP*EK0
         Temp[1] = (uint32)PID.KI_Uint8 * PID.Ek_Uint32[1]; // KI*EK1
         Temp[2] = (uint32)PID.KD_Uint8 * PID.Ek_Uint32[2]; // KD*EK2
      }
}

/*以下部分代码是讲所有的正数项叠加，负数项叠加*/

if(PID.EkFlag_Uint8[0]==0)
{
      PostSum += Temp[0]; //正数和
}
else
{
      NegSum += Temp[0]; //负数和
}                      // KP*EK0

if(PID.EkFlag_Uint8[1]!=0)
{
      PostSum += Temp[1]; //正数和
}
else
{
      NegSum += Temp[1]; //负数和
}                      // - kI * EK1

if(PID.EkFlag_Uint8[2]==0)
{
      PostSum += Temp[2]; //正数和
}
else
{
      NegSum += Temp[2]; //负数和
}                      // KD * EK2

PostSum += (uint32)PID.Uk_Uint16;       //

if( PostSum > NegSum )          // 是否控制量为正数
{
      Temp[0] = PostSum - NegSum;
      if( Temp[0] < (uint32)ADPool.Value_Uint16[UMAXADCH] ) //小于限幅值则为计算值输出
  {
         PID.Uk_Uint16 = (uint16)Temp[0];
  }
  else
  {
         PID.Uk_Uint16 = ADPool.Value_Uint16[UMAXADCH]; //否则为限幅值输出
   }
}
else             //控制量输出为负数，则输出0
{
      PID.Uk_Uint16 = 0;
}
}