51单片机PID的算法实现程序C语言

51单片机PID的算法实现程序

/*

用整型变量来实现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.本程序包括PID计算和输出两部分.

当偏差>10度全速加热,偏差在10度以内为PID计算输出. 具体的参考代码参见下面：

*/

//================================================================

// pid.H

// Operation about PID algorithm procedure

// C51编译器 Keil 7.08

//================================================================

// All rights reserved.

//================================================================

#include <reg52.h>

#include <intrins.h>

typedef unsigned char uint8;

typedef unsigned int uint16;

typedef unsigned long int uint32;

/**********函数声明************/

void PIDOutput ();

void PIDOperation ();

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

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则对应的为负数，0为对应的为正数

uint8 KP_Uint8;

uint8 KI_Uint8;

uint8 KD_Uint8;

uint16 Uk_Uint16; //上一时刻的控制电压

uint16 RK_Uint16; //设定值

uint16 CK_Uint16; //实际值

}PIDValueStr;

PIDValueStr PID;

uint8 out ; // 加热输出

uint8 count; // 输出时间单位计数器

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

PID = Uk + KP*[E(k)-E(k-1)]+KI*E(k)+KD*[E(k)-2E(k-1)+E(k-2)];(增量型PID算式)

函数入口: RK(设定值),CK(实际值),KP,KI,KD

函数出口: U(K)

//PID运算函数

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

void PIDOperation (void)

{

uint32 Temp[3]; //中间临时变量

uint32 PostSum; //正数和

uint32 NegSum; //负数和

Temp[0] = 0;

Temp[1] = 0;

Temp[2] = 0;

PostSum = 0;

NegSum = 0;

if( PID.RK_Uint16 > PID.RK_Uint16 ) //设定值大于实际值否？

{

if( PID.RK_Uint16 - PID.RK_Uint16 >10 ) //偏差大于10否？

{

PID.Uk_Uint16 = 100;
//偏差大于10为上限幅值输出(全速加热)

}

else

{

Temp[0] = PID.RK_Uint16 - PID.CK_Uint16; //偏差<=10,计算E(k)

PID.EkFlag_Uint8[1]=0; //E(k)为正数

//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];

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

if( PID.Ek_Uint32[0] >PID.Ek_Uint32[1] ) //E(k)>E(k-1)否？

{

Temp[0]=PID.Ek_Uint32[0] - PID.Ek_Uint32[1]; //E(k)>E(k-1)

PID.EkFlag_Uint8[0]=0; //E(k)-E(k-1)为正数

}

else

{

Temp[0]=PID.Ek_Uint32[0] - PID.Ek_Uint32[1]; //E(k)<E(k-1)

PID.EkFlag_Uint8[0]=1; //E(k)-E(k-1)为负数

}

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

Temp[2]=PID.Ek_Uint32[1]*2 ; // 2E(k-1)

if( (PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2])>Temp[2] ) //E(k-2)+E(k)>2E(k-1)否？

{

Temp[2]=(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2])-Temp[2]; //E(k-2)+E(k)>2E(k-1)

PID.EkFlag_Uint8[2]=0; //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为正数

}

else

{

Temp[2]=Temp[2]-(PID.Ek_Uint32[0]+ PID.Ek_Uint32[2]); //E(k-2)+E(k)<2E(k-1)

PID.EkFlag_Uint8[2]=1; //E(k-2)+E(k)-2E(k-1)为负数

}

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

Temp[0] = (uint32)PID.KP_Uint8 * Temp[0]; // KP*[E(k)-E(k-1)]

Temp[1] = (uint32)PID.KI_Uint8 * PID.Ek_Uint32[0]; // KI*E(k)

Temp[2] = (uint32)PID.KD_Uint8 * Temp[2]; // KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]

/*以下部分代码是讲所有的正数项叠加，负数项叠加*/

/**********KP*[E(k)-E(k-1)]**********/

if(PID.EkFlag_Uint8[0]==0)

PostSum += Temp[0]; //正数和

else

NegSum += Temp[0]; //负数和

/********* KI*E(k)****************/

if(PID.EkFlag_Uint8[1]==0)

PostSum += Temp[1]; //正数和

else

; //空操作，E(K)>0

/****KD*[E(k-2)+E(k)-2E(k-1)]****/

if(PID.EkFlag_Uint8[2]==0)

PostSum += Temp[2]; //正数和

else

NegSum += Temp[2]; //负数和

/***************U(K)***************/

PostSum += (uint32)PID.Uk_Uint16;

if(PostSum > NegSum ) // 是否控制量为正数

{

Temp[0] = PostSum - NegSum;

if( Temp[0] < 100 ) //小于上限幅值则为计算值输出

PID.Uk_Uint16 = (uint16)Temp[0];

else

PID.Uk_Uint16 = 100; //否则为上限幅值输出

}

else //控制量输出为负数，则输出0(下限幅值输出)

PID.Uk_Uint16 = 0;

}

}

else

{

PID.Uk_Uint16 = 0;

}

}

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

函数入口: U(K)

函数出口: out(加热输出)

//PID运算植输出函数

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

void PIDOutput (void)

{

static int i;

i=PID.Uk_Uint16;

if(i==0)

out=1;

else out=0;

if((count++)==5)//如定时中断为40MS,40MS*5=0.2S(输出时间单位),加热周期20S(100等份)

{ //每20S PID运算一次

count=0;

i--;

}

}