电子设计大赛专营之PID算法原理

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1、PID算法原理、调试经验以及代码学习总结2010-09-2622:40:27阅读0评论0字号：大中小订阅1、PID控制原理电池充放电系统中的控制器，根据给定信号和反馈信号相减得到的偏差信号来计算控制量⑴从而控制功率管的占空比D。丛式(4-3R中可知，在PWM的频率不变的情况下，即周期寄存器T送瓦的值不变的情况下，由控制:Su改变比较寄存器I^CMPR.M值便可以改变功率管的占空比D。在自动控制系统中，常用的控制器有比例-积分控制器(PI控制器人比例-积分-微分控制器(PIP控制器)、分段逼近式控制器，校为新颖的有模糊控制器，神经元网络

2、控制器等，本系统使用的是工业过程控制中广泛应用的PID控制器按偏差的比例、积分、微分进行控制的控制器称为PID控制器。模拟PID控制器的原理框图如图4-7所示，其中r(t)为系统给定值，c©为实际输出，u©为控制量。PID控制解决了自动控制理论所要解决的最为基本的问题，即系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可以实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带载能力灵..抗扰能力，同时由于在PID控图4-7所示的模拟PID控制器的控制表达式为:(4-30」1讹)=©逊)+—Qe(T)dT+TdA・式中，e©为系统偏差，e(l)=r(t

3、)-c(t)；♦式中，e©为系统偏差，e(J)=r(J)-c(t)；<-•&为比例系数；“h为积分时间常数；卩Td为微分时间常数。心式(4-36)也可以写成："哄)=kpe(t)+灯詁(p)处+kdde(t)dt(4-37“式中，如为比例系数；a艮为积分系数，如&①；a販为微分系数，&=&戛。“简直说来，PID控制器中各校正环节的作用如下［42］：(1)比例环节及时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t),偏差一旦产生，控制器立即产生调节作用，以减少偏差(2)积分环节主要用于消除建羞提赢系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数T“

4、T,越大，积分作用越弱，反之则越强。a(3)微分环节能够反映偏差信号的变化趋势，即偏差信号的变化速率，并能在偏差信号值变得夬大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。a计算机控制姥一种离散的采样控制，在计算机控制系统中所使用的杲数字PIT控制器，而式@-36)和式(4-37)均为模拟PID控制器的控制表达式。通过将模拟PID表达式中的积分、微分运算用数值计算方法来逼近，便可实现数字PID控制。只要釆样周期T取得足够小，这肿逼近就可以相当精确°a将微分项用差分代替，积分项用矩形和式代替，数字PID

5、控制器的控制表达式如式(4-38)(4-38“同样的，式(4-38)也可以写成：p(4-39“U3)=kpe(k)+k.Ve(j)+kd[e(k)-e(k-1)]其中；ki=k^T/Ti，a数^PID控制器的屋制算法通常可以分为位置式PID控制算法和增量式P1D控制算法，本系统使用的是位置式PID控制算法，因此下面将讨论如何建立位置式PID控制算法的数学模型。卩由式(4-39)可得，第匕1时刻PID调节的表达式为：2(440”u(k-Y)=kpe(k一1)+&工e(j)+心[纟(七一1)一纟优一2)]将式(4-39)减或(4-40),

6、便可得到位置式PID控制算法的表达式为：卩u(k)=u(k-l)+kp[e(k)一e(k-1)]+&g(£)+kde(k)一2纟(七一1)+纟(七一2)]卩为了使表达式更为简单，可以将上面的式子展开，合并同类项后可以得到：3(4-41“u(k)=u(k-l)+辱(力)+°呂(七一1)+°2纟(上一2)(4-4其中：如二焜畑印二&口+丁您+口灯];3ai=-kp-2kd=■&[1+2T/T]；aa2=$=&Td/T°a式(441)即亦本系统所伸甲的付冒式PID捽制器的数学樟嗽寸2、流程图PID调节子程序的流程图如图4-10所示。当进入

7、PID调节子程序时，首先需要根据系统给定值和采样值来计算偏差。为了防止在系统运行初期，由于控制Su(k)a大使得开关管占空比D过大，需要对代入式(441)运算的e(k)做一定的限幅处理。因为瞬间过大的占空比有时候可能会引起过大的电流，从而导致开关管的损坏。另外，在系统进入稳态后，偏差杲很小的，如果偏差在一个很小的范围内波动，控制器对这样微小的偏差计算后，将会输出一个微小的控制虽，此时输出的控制值在一个很小的范围内，不断改变自已的方向，频繁动作，发生振颤，这样不利于正在充电的蓄电池。因此，为控过程进入这种状态时，就进入系统设定的一个输出

8、允许带e»即当釆集到的偏差

9、e(k)

10、<时，不改变控制量，使充放电过程能够稳定的进行。卩il口控制Gupo

11、

12、20△Du(k>TxPRu0H戶u(lc)・c(k・lhc