一、知识点

pid_5">1. 位置式pid

（1）公式

（2）代码

pid.c

typedef struct PID {float  Kp;         //  Proportional Const  P系数float  Ki;           //  Integral Const      I系数float  Kd;         //  Derivative Const    D系数float  LastError;          //  Error[-1]  float  Error;              //  Error[0 ]  float  DError;            //pid->Error - pid->LastError	float  SumError;           //  Sums of Errors  float  output;float  Integralmax;      //积分项的最大值float  outputmax;        //输出项的最大值
} PID;//为了防止积分项过度累积，引入积分项的限幅是一种常见的做法。
//限制积分项的幅值可以防止积分项过度增加，从而限制了系统的累积误差。这样可以避免系统过度响应或者不稳定。
float abs_limit(float value, float ABS_MAX)   //积分限幅，设置最大值。
{if(value > ABS_MAX)value = ABS_MAX;if(value< -ABS_MAX)value = -ABS_MAX;return value;
}//函数里传入指针，修改时会修改指针里的值。
float PID_Position_Calc( PID *pid,  float  Target_val,  float Actual_val)  //位置式PID
{   pid->Error =  Target_val - Actual_val;      //与pid P系数相乘。比例误差值 当前差值=目标值-实际值pid->SumError += pid->Error;                 //与pid I系数相乘。稳态误差值 误差相加作为误差总和，给积分项pid->DError = pid->Error - pid->LastError;   //与pid D系数相乘。 微分项-消除震荡pid->output =  pid->Kp* pid->Error +   \      //这里的\是续航符，表示和下面的内容是连着的。abs_limit( pid->Ki* pid->SumError, pid->Integralmax ) +   \pid->Kd* pid->DError ;  pid->LastError = pid->Error; //更新误差//限制输出最大值，防止出现突发意外。if(pid->output > pid->outputmax )  pid->output = pid->outputmax; if(pid->output < - pid->outputmax )  pid->output = -pid->outputmax;return pid->output ;
}//PID初始化
void PIDInit(PID *pid, float Kp , float Ki , float Kd ,  float Limit_value)  
{  pid->Kp= Kp;pid->Ki= Ki;pid->Kd= Kd;pid->LastError = pid->Error =pid->SumError= pid->output =  0; pid->Integralmax = pp->outputmax  = Limit_value;
}  

2. 串级PID

利用位置式pid的方法将位置环和速度环组合在一起使用。

简易代码

将目标位置和实际位置传入PID中，计算出期望转速。

#include "stdio.h"PID postion_pid;
PID speed_pid;int main(void) {// 初始化系统时钟SystemClock_Config();// 初始化PID控制器PID_Init(&postion_pid, 1.0f, 0.1f, 0.01f); // PID参数根据实际情况调整PID_Init(&speed_pid, 1.0f, 0.1f, 0.01f); // PID参数根据实际情况调整// 设置目标位置float target_position = 100.0f; // 假设目标位置为100while (1) {float current_position = GetPosition();    // 获取当前位置float current_speed = GetSpeed ();        // 获取当前转速// 更新PID控制器并计算控制量，这个输出值为当前位置向目标位置变换的一个速度或力。float control_output = PID_Position_Calc(&pid, target_position, current_position); //位置环float velocity_output = PID_Position_Calc(&speed_pid, control_output , current_speed );  //速度环Set_Pwm(velocity_output); //电机转动HAL_Delay(10); // 这里延时10毫秒，可根据实际情况调整}
}// 用于模拟读取位置的函数，这里假设返回的是传感器测量到的位置
float GetPosition() {// 在这里替换为获取位置的实际代码return 0.0f; // 这里暂时返回0，表示初始位置
}
// 用于模拟读取转速的函数。
float GetSpeed () {// 在这里替换为获取位置的实际代码return 0.0f; // 这里暂时返回0，表示初始位置
}
void Set_Pwm(int pwm)  //设置速度
{TIM4->CCR1=1550-pwm;    //速度环设置--
}

二、调参

讲述Kp、Ki、Kd的作用。

（1）纯Kp调节

假设有一个高为10m的水桶需要灌满水，这里我们假设Kp=0.2（每次灌水量为剩余灌水量的0.2倍）。
第一次灌水：10×0.2， 剩余8（10-10×0.2）。
第二次灌水： 8×0.2， 剩余6.4（8-8×0.2）。
第三次灌水：6.4×0.2 ，剩余5.12。
…
  这里我们发现当我们设置Kp后，一直会慢慢接近目标值，但是当Kp设置过小时，消耗的时间也就会更多。这里我们可以适当的调大Kp，使得更快的接近目标值。但是当Kp大于某个定值时，就会出现抖动，如下，假设Kp=1.5。
则第一次灌水：10×1.5，剩余 -5。
第二次灌水：-5×1.5，剩余2.5（-5 - (-5×1.5)）。
第三次灌水：2.5×1.5，剩余 -1.25。
…
所以，要根据实际适当调整p值，不要使得Kp过大，而出现抖动。

（2）Ki调节

（3）Kd调节