C语言编程,怎么计算PID控制

Python022

C语言编程,怎么计算PID控制,第1张

Step 7写的PID控制的FC模块。带"_IN"与带"_OUT"的变量,如果前缀是一样的,要求连接同一个变量。

FUNCTION FC1 : VOID

VAR_INPUT

Run:BOOL//True-运行,False-停止

Auto:BOOL//True-自动,False-手动

ISW:BOOL//True-积分有效,False-积分无效

DSW:BOOL//True-微分有效,False-微分无效

SetMV:REAL//手动时的开度设定值

SVSW:REAL//当设定值低于SVSW时,开度为零

PV:REAL//测量值

SV:REAL//设定值

DeadBand:REAL//死区大小

PBW:REAL//比例带大小

IW:REAL//积分带大小

DW:REAL//微分带大小

dErr_IN:REAL//误差累积

LastPV_IN:REAL//上一控制周期的测量值

END_VAR

VAR_OUTPUT

MV:REAL//输出开度

dErr_OUT:REAL//误差累积

LastPV_OUT:REAL//上一控制周期的测量值

END_VAR

VAR

Err:REAL//误差

dErr:REAL//误差累积

PBH:REAL//比例带上限

PBL:REAL//比例带下限

PVC:REAL//测量值在一个控制周期内的变化率,即测量值变化速率

P:REAL//比例项

I:REAL//积分项

D:REAL//微分项

END_VAR

IF Run=1 THEN

IF Auto=1 THEN

IF SV>=SVSW THEN

Err:=SV-PV

PBH:=SV+PBW

PBL:=SV-PBW

IF PV<PBL THEN

MV:=1

ELSIF PV>PBH THEN

MV:=0

ELSE

P:=(PBH-PV)/(PBH-PBL)//计算比例项

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////以下为积分项的计算//////////////////////////////////////////////////////////////

IF ISW=1 THEN

dErr:=dErr_IN

IF (PV<(SV-DeadBand)) OR (PV>(SV+DeadBand)) THEN

IF (dErr+Err)<(0-IW) THEN

dErr:=0-IW

ELSIF (dErr+Err)>IW THEN

dErr:=IW

ELSE

dErr:=dErr+Err

END_IF

END_IF

I:=dErr/IW

dErr_OUT:=dErr

ELSE

I:=0

END_IF

/////////////////////////////////////////////以上为积分项的计算//////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////以下为微分项的计算//////////////////////////////////////////////////////////////

IF DSW=1 THEN

PVC:=LastPV_IN-PV

D:=PVC/DW

LastPV_OUT:=PV

ELSE

D:=0

END_IF

/////////////////////////////////////////////以上为微分项的计算//////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

IF (P+I+D)>1 THEN

MV:=1

ELSIF (P+I+D)<0 THEN

MV:=0

ELSE

MV:=P+I+D

END_IF

END_IF

ELSE

MV:=0

END_IF

ELSE

MV:=SetMV

END_IF

ELSE

MV:=0

END_IF

END_FUNCTION

进行整定时先进行P调节,使I和D作用无效,观察温度变化曲线,若变化曲线多次出现波形则应该放大比例(P)参数,若变化曲线非常平缓,则应该缩小比例(P)参数。比例(P)参数设定好后,设定积分(I)参数,积分(I)正好与P参数相反,曲线平缓则需要放大积分(I),出现多次波形则需要缩小积分(I)。比例(P)和积分(I)都设定好以后设定微分(D)参数,微分(D)参数与比例(P)参数的设定方法是一样的。

当初写这段程序的就是为了使用调功器来控制炉子的温度的,已经在我单位的调功器上运行成功了,还有就是我单位的调功器没有使用微分(D),只是用了比例(P)和积分(I)。

基本流程

积分环节:主要是用来消除 静差系统稳定后输出值和设定值之间的差值,积分环节实际上就是偏差累积的过程,把累积的误差加到原来系统上以抵消系统造成的静差)

微分环节:反映了偏差信号的变化规律,根据偏差信号的变化规律来进行超前调节,从而增加系统的快速性

对上述公式进行离散化(采样):两个公式

增量型PID:

通过增量型PID公式可以看出,最终表达结果和最近三次的偏差有关,最终输出结果应该为:

首先定义结构变量体:

然后初始化变量

最后编写控制算法

基本算法,没有考虑死区问题,没有设定上下限

在启动、结束或大幅度增减设定时,短时间内系统输出有很大的偏差,会造成PID运算的积分积累,导致控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量,从而引起较大的超调,甚至是振荡。

为了克服这个问题,引入积分分离的概念,即当被控量和设定值偏差较大时,取消积分作用;当被控量接近设定值时,引入积分控制,以消除静差,提高精度。

abs :绝对值

令index=0使积分环节失效

积分饱和现象: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。此时计算器输出量超出正常运行范围而进入饱和区,一旦系统出现反向偏差,输出量将逐渐从饱和区退出,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改变,造成性能恶化。

采用梯形积分能够减小余差,提高精度

改变积分系数,若偏差大,积分作用减弱,系数减小;若偏差小,积分作用增强,系数增大。

变积分PID的基本思想是设法改变积分项的累加速度,使其与偏差大小对应。

使整个系统的稳定速度非常快

比例系数Kp的作用是加快系统的响应速度提高系统的调节精度

积分系数Ki的作用是消除系统的稳态误差

微分系数Kd的作用是改善系统的动态特性

反应系统性能的两个参数是系统误差和误差变化律

1. PID调试步骤

没有一种控制算法比PID调节规律更有效、更方便的了。现在一些时髦点的调节器基本源自PID。甚至可以这样说:PID调节器是其它控制调节算法的妈。

为什么PID应用如此广泛、又长久不衰?

因为PID解决了自动控制理论所要解决的最基本问题,既系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数,可实现在系统稳定的前提下,兼顾系统的带载能力和抗扰能力,同时,在PID调节器中引入积分项,系统增加了一个零积点,使之成为一阶或一阶以上的系统,这样系统阶跃响应的稳态误差就为零。

由于自动控制系统被控对象的千差万别,PID的参数也必须随之变化,以满足系统的性能要求。这就给使用者带来相当的麻烦,特别是对初学者。下面简单介绍一下调试PID参数的一般步骤:

1.负反馈

自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线,确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统,输入信号为正,要求电机正转时,反馈信号也为正(PID算法时,误差=输入-反馈),同时电机转速越高,反馈信号越大。其余系统同此方法。

2.PID调试一般原则

a.在输出不振荡时,增大比例增益P。

b.在输出不振荡时,减小积分时间常数Ti。

c.在输出不振荡时,增大微分时间常数Td。

3.一般步骤

a.确定比例增益P

确定比例增益P 时,首先去掉PID的积分项和微分项,一般是令Ti=0、Td=0(具体见PID的参数设定说明),使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的60%~70%,由0逐渐加大比例增益P,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例增益P逐渐减小,直至系统振荡消失,记录此时的比例增益P,设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。

b.确定积分时间常数Ti

比例增益P确定后,设定一个较大的积分时间常数Ti的初值,然后逐渐减小Ti,直至系统出现振荡,之后在反过来,逐渐加大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%。积分时间常数Ti调试完成。

c.确定积分时间常数Td

积分时间常数Td一般不用设定,为0即可。若要设定,与确定 P和Ti的方法相同,取不振荡时的30%。

d.系统空载、带载联调,再对PID参数进行微调,直至满足要求。