《鸿蒙智能互联设备开发（微课版）》 课件 8.2.7 PID调速功能开发

8.2.7PID调速功能开发通过本节学习，您可以：了解PID调速功能的开发PID调速功能开发由于机械结构、阻力等诸多问题会导致实际的电机转速与预设的电机转速存在一定的误差值，要想消除该误差值就需要用到PID控制算法。PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的自动控制算法，它是连续系统中技术最为成熟，应用最为广泛的一种控制算法。PID控制组件的实质就是根据输入的偏差值，按照比例、积分、微分的函数关系进行运算，再将运算的结果控制输出，从而达到电机的实际转速与预设的转速相等。PID调速功能开发PID控制算法中比例、积分和微分的各自作用如下：比例算法：通过计算出电机实际转速与预设值的误差值，乘以对应的比例系数，再加上前一次PID计算的输出值即可使得实际转速趋近于预设值。积分算法：通过计算前五次误差的和再乘以对应的积分系数，再加上前一次PID计算的输出值即可使得实际转速等于预设值。微分算法：通过计算本次误差与上次误差的差值再乘以对应的微分系数，再加上前一次PID计算的输出值即可防止转速波动过大，能够平稳的使实际转速到达预设转速。PID调速功能开发（1）对PID结构体进行定义。定义PID算法所需要用到的变量及数组。

typedef

struct

{

pid_ykp;//比例参数

pid_yki;//积分参数

pid_ykd;//差分参数

pid_yinput;//输入值

pid_yset_point;//设定的期望值

pid_youtput;//计算得出的值

pid_youtput_speed;//实际输出的值

pid_yLast_output;//上次实际输出的值

pid_ypid_output;//PID计算值

pid_yerror;//误差值

pid_yLast_error;//上次误差值

interror_data;//误差值次数

pid_yerror_i[5];//前五次误差值

pid_yintegral;//内部的积分值

pid_ydifferential;//内部的微分值

pid_yproportion;//内部的比例值

}pid_struct;PID调速功能开发（2）对PID参数初始化。对比例、积分、微分系数赋值，上次误差值、误差值次数与前误差的误差值均赋0，初始输出给电机的转速为20。

voidpid_init(pid_struct*pid)

{

pid->kp=0.5;//比例系数

pid->ki=0.02;//积分系数

pid->kd=0.05;//微分系数

pid->Last_error=0;//上次误差值

pid->Last_output=20;//初始输出给电机的转速

pid->error_data=0;//误差值次数

/**前五次误差值**/

for(intj=0;j<5;j++)

{

pid->error_i[j]=0;

}}PID调速功能开发（3）PID算法综合了比例算法、积分算法和微分算法这三种算法。比例算法：将采集到的实际速度与预设的目标速度相减得到误差值，再乘以比例系数得到比例值。积分算法：计算前五次误差的和再乘以对应的积分系数得到积分值。pid->error=pid->set_point-pid->input;//误差

pid->proportion=pid->kp*pid->error;//比例计算

/**积分算法**/

pid->error_i[pid->error_data]=pid->error;//记录5次误差用于积分计算

for(intj=0;j<5;j++)

{

pid->integral+=pid->error_i[j];/*误差积累*/

}

pid->integral=pid->integral*pid->ki;//积分计算

pid->error_data++;//数组地址加一，方便下次误差存入

/**更新数组地址**/

if(pid->error_data==5)

{

pid->error_data=0;}PID调速功能开发微分算法：将本次的误差值减去上次的误差值得到差值，再乘以微分系数得到微分值。pid->differential=pid->kd*(pid->error-pid->Last_error);//微分计算PID运算：将比例值、积分值与微分值相加得到PID值。为了防止PID算法跑飞，PID的最大值设置为10，最小值设置为-10，如果计算得出的PID值超过此范围则PID值等于最大或者最小值。再将PID值加上前一次输出电机的转速，得到经过PID运算后需要输出给电机的转速。

/**PID算法**/

pid->pid_output=pid->proportion+pid->differential+pid->integral;

/**防止PID过大**/

if(pid->pid_output>10)

{

pid->pid_output=10;

}PID调速功能开发

if(pid->pid_output<(-10))

{

pid->pid_output=-10;

}

pid->output=pid->Last_output+pid->pid_output;//输出值

/**输出值超出正常则过滤**/

if((pid->output<0)||(pid->output>110))

{

pid->output=pid->Last_output;}PID调速功能开发根据输出的电机转速乘10得到占空比，并将此次的误差值及输出值赋值到变量中给下次PID计算使用。

pid_ypid_runing(pid_struct*pid)

{

/**实际速度在正常范围**/

if((pid->input>0)&&(pid->input<101))

{

/**比例算法**/

/**积分算法**/

/**微分算法**/

/**PID运算**/

pid->output_speed=pid->output*10;//占空比精度为0.1，所以需要乘10

pid->Last_output=pid->output;//赋值给下次计算使用

pid->Last_error=pid->error;//赋值给下次计算使用

}

returnpid->output_speed;

}PID调速功能开发（4）封装PID参数初始化函数。（5）调用PID运算函数。先将传入的目标值与电机实际值赋值给结构体，再调用PID运算函数，通过PID运算函数返回的占空比输出PWM波控制电机转速。

voidEncoder_Motor_PIDInit(void)

{

pid_init(&motor_pid);//PID参数初始化赋值

}

voidEncoder_Motor_PIDRuning(uint8_tspeed,intcruise)

{

pid_ypid_duty=0;

motor_pid.set_po