1、1. 簡(jiǎn)介PID控制指的是一種閉環(huán)控制方式,將輸入輸出偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行控制。 2. PID控制原理在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖1-1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值rin(t)與實(shí)際輸出值yout(t)構(gòu)成控制偏差PID的控制規(guī)律為或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式式中，Kp-比例系數(shù)；Ti-積分時(shí)間常數(shù)；Td-微分時(shí)間常數(shù)。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：（1） 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)error(t),偏

2、差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。（2） 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。（3） 微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。3. 數(shù)字PID算法原理 在計(jì)算控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器，數(shù)字PID控制算法通常又分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法。位置式算法輸出的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如有干擾的話，會(huì)導(dǎo)致大幅度變化。而增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量，所以

3、電機(jī)控制一般都采用增量式PID算法。增量式PID算法公式:-u( k ) = Kpe(k)+Kie(k)+Kde(k)-e(k-1)-e(k) = e(k) e(k-1)-e(k-1) = e(k-1) e(k-2)-e(k) = r(k) c(k) (因在速度控制導(dǎo)通角上開(kāi)始是從大變小,所以該公式須變成c(k)-r(k)參數(shù)說(shuō)明:k-采樣序號(hào), k = 0, 1, 2-;r(t)-速度給定值;c(t)-速度實(shí)際輸出值;u( k )-第K次采樣時(shí)刻的計(jì)算機(jī)輸出增量值；e(k)-第K次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；e(k-1)-第(k-1)次采樣時(shí)刻輸入的偏差值;KI-積分系數(shù)，KI = KP*T/TI

4、；KD-微分系數(shù)，KD = KP*TD/T； T-采樣調(diào)期;Kp-比例系數(shù);TI-積分時(shí)間常數(shù)TD-微分時(shí)間常數(shù)開(kāi)始計(jì)算 KP, KI, KD設(shè)e(k-1) = e(k-2) = 0計(jì)算偏差值e(k) = r(k) c(k)計(jì)算控制量u( k )u( k ) = Kpe(k)+Kie(k)+Kde(k)-e(k-1)輸出u( k )為下一時(shí)刻做準(zhǔn)備e(k-2) = e(k-1), e(k-1) = e(k)采樣時(shí)間到?被控制對(duì)象(包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī))YN4. PID控制參數(shù)整定方法PID控制參數(shù)的自動(dòng)整定分兩步進(jìn)行，第一步是初始確定PID控制參數(shù)；第二步是在初定的PID控制參數(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)直線電機(jī)

5、控制系統(tǒng)的響應(yīng)過(guò)程和控制目標(biāo)期望值，修正初定的PID參數(shù)，直至電機(jī)系統(tǒng)的控制指標(biāo)符合所需求為止.在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期T是一個(gè)比較重要的因素，采樣周期的選取，應(yīng)與PID參數(shù)的整定綜合考慮，選取采樣周期時(shí)，一般應(yīng)考慮下列幾個(gè)因素：（1） 采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于對(duì)象的擾動(dòng)信號(hào)的周期。（2） 采樣周期應(yīng)比對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小得多，否則采樣信號(hào)無(wú)法反映瞬變過(guò)程.（3） 對(duì)象所要求的調(diào)節(jié)品質(zhì)，在計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度允許的情況下，采樣周期短，調(diào)節(jié)品質(zhì)好.（4） 性能價(jià)格比，從控制性能來(lái)考慮，希望采樣周期短，但計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度，以及A/D和D/A的轉(zhuǎn)換速度要相應(yīng)的提高，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的費(fèi)用增加。（5） 計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的工作量，

6、如果控制的回路數(shù)多，計(jì)算量大，則采樣周期要加長(zhǎng)，反之，可以縮短。由上述分析可知，采樣周期受各種因素的影響，有些是相互矛盾的，必須視具體情況和主要的要求作出折中的選擇，在直線電機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，PID調(diào)節(jié)控制過(guò)程是在定時(shí)中斷狀態(tài)下完成的，因此，采樣周期T的大小必須保證中斷服務(wù)程序的正常運(yùn)行。在不影響中斷程序運(yùn)行的情況下，可取采樣周期T = 0.1t (t 為電機(jī)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間).當(dāng)中斷程序的運(yùn)行時(shí)間Tz大于0.1t時(shí)，則取T = Tz. 因此，采樣周期可按下式確定：初始確定數(shù)字PID控制參數(shù)時(shí)，在用上述方法確定的采樣周期T的條件下，從直線電機(jī)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)控制回路中，去掉數(shù)字控制器的微分

7、控制作用和積分控制作用，只采用比例調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)來(lái)確定系統(tǒng)的振蕩周期Ts 和臨界比例系數(shù)Ks.由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制比例系數(shù)Kp,并逐漸增大Kp,直到電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)記錄電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)的等幅振蕩，然后由單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)記錄電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩時(shí)的臨界比例度s和相應(yīng)的臨界振蕩周期Ts.s = 1 / KsKs-等幅振蕩時(shí)的臨界比例系數(shù).根據(jù)所測(cè)得的臨界比例度s和臨界振蕩周期Ts,便可初始確定數(shù)字PID的控制參數(shù)為利用初始確定的數(shù)字PID控制參數(shù)，便可以對(duì)直線電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，采用人工智能方法實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)的自動(dòng)整定，以達(dá)到良好的電機(jī)控制效果.5. PID應(yīng)用程序?qū)?/p>

8、例B_Error = (6000000/(_D_Pulse * _D_Clock) * B_AvrSpeed) - B_Speed_Goal; _D_Pulse: 馬達(dá)轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生多少信號(hào),取決于磁極對(duì)數(shù), 一對(duì)則對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)。_D_Clock: 單片機(jī)定時(shí)器最小間隔時(shí)間(4MHz時(shí),1us)B_AvrSpeed: HALL反饋一個(gè)信號(hào)周期的時(shí)間(單位是us)B_Speed_Goal: 當(dāng)前需要的目標(biāo)速度(rpm),這個(gè)值一般是目標(biāo)速度除以10,也就是理論能把電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差控制在10轉(zhuǎn)左右.6000000: 是一分鐘(轉(zhuǎn)成us)除以10,以便跟目標(biāo)速度相對(duì)應(yīng).對(duì)應(yīng)公式為: e(k) = c(k)-

9、 r(k)B_Delta_Error = B_Error - B_Error_1;對(duì)應(yīng)公式為: e(k) = e(k) e(k-1)B_cal_temp = (_D_Ki *B_Error) + (_D_Kd *(B_Delta_Error - B_Delta_Error_1)3) + (_D_Kp *B_Delta_Error) 9; 因理論得出的調(diào)整值會(huì)很大,須進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃p,右移9位,相當(dāng)于除以512.值太大,電機(jī)容易跑飛,不好控制,值太小則加速太慢,這個(gè)值可以根據(jù)調(diào)試決定.B_KpidM: 為導(dǎo)通角的調(diào)整量if(B_KpidM 127) B_KpidM = 127;else if(B_KpidM -127) B_KpidM = -127;以上為增加電機(jī)穩(wěn)定性,提高抗干擾能力,防止調(diào)整量飽和.設(shè)置每次調(diào)整量最大不超過(guò)127us.這個(gè)值可以根據(jù)轉(zhuǎn)速高低來(lái)決定，低速時(shí)可適當(dāng)增大此值(以改善HUNTING現(xiàn)象)，高速時(shí)可不用那么大。B_