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PID控制算法的C语言实现一PID算法原理

最近两天在考虑一般控制算法的c语言实现问题，发现网络上尚没有一套整的比拟

体系的讲解。于是总结了几天，整理一套思路分享给大家。

在工业应用中P1D及其衍生算法是应用最广泛的算法之一，是当之无愧的万能算法，

如果能够熟练掌握PID算法的设计与实现过程，对于一般的研发人员来讲，应该是足够应

对一般研发问题了，而难能可贵的是，在我所接触的控制算法当中，PID控制算法又是最

简单，最能表达反响思想的控制算法，可谓经典中的经典。经典的未必是复杂的，经典的

东西常常是简单的，而且是最简单的，想想牛顿的力学三大定律吧，想想爱因斯坦的质能

方程吧，何等的简单！简单的不是原始的，简单的也不是落后的，简单到了美的程度。先

看看PID算法的一般形式：

PID的流程简单到了不能再简单的程度，通过误差信号控制被控量，而控制器本身就

是比例、积分、微分三个环节的加和。这里我们规定(在t时刻)：

1.输入量为rin(t);

2.输出量为rout(t);

3.偏差量为err(t)=rin(t)-rout(t);

pid的控制规律为

理解一下这个公式，主要从下面几个问题着手，为了便于理解，把控制环境具体一下:

1.规定这个流程是用来为直流电机调速的；

2.输入量rin(t)为电机转速预定值；

3.输出量rout(t)为电机转速实际值；

4.执行器为直流电机；

5.传感器为光电码盘，假设码盘为10线；

6.直流电机采用PWM调速转速用单位转/min表示；

不难看出以下结论：

1.输入量rin(t)为电机转速预定值(转/min);

2.输出量rout(t)为电机转速实际值(转/min);

3.偏差量为预定值和实际值之差(转/min);

那么以下几个问题需要弄清楚:

1.通过PID环节之后的U(t)是什么值呢？

2.控制执行器(直流电机)转动转速应该为电压值(也就是PWM占空比)。

3.那么U(t)与PWM之间存在怎样的联系呢？

(见附录1)这篇文章上给出了一种方法，即，每个电压对应一个转速，电压和转速之间

呈现线性关系。但是我考虑这和方法的前提是把流电机的特性理解为线性(见附录2)

这篇文章就可以了解了。所以在正式进行调速设计之前，需要现有开环系统，测试电机和

转速之间的特性曲线(或者查阅电机的资料说明)，然后再进行闭环参数整定。这篇先写

到这，下一篇说明连续系统的离散化问题。并根据离散化后的特点讲述位置型P1D和增信

型PID的用法和C语言实现过程。

PID控制算法的C语言实现二PID算法的离散化

上一节中，我论述了PID算法的根本形式，并对其控制过程的实现有了一个简要的说

明，通过上一节的总结，根本已经可以明白PID控制的过程。这一节中先继续上一节内容

补充说明一下。

1.说明一下反响控制的原理，通过上一节的框图不难看出，PID控制其实是对偏差的

控制过程；

2.如果偏差为0,则比例环节不起作用，只有存在偏差时，比例环节才起作用。

3.积分环节主要是用来消除静差，所谓静差，就是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计的过程，把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造

成为静差。

4.而微分信号则反响了偏差信号的变化规律，或者说是变化趋势，根据偏差信号的变

化趋势来进行超前调节，从而增加了系统的快速性。

好了，关于PID的根本说明就补充到这里，下面将对PID连续系统离散化，从而方便

在处理器上实现。下面把连续状态的公式再贴一下：

假设采样间隔为T,则在第KT时刻：

偏差err(K)=rin(K)-rout(K);

积分环节用加和的形式表示,即err