Pid控制算法-变积分的pid算法的C++实现

PID控制算法的C++实现

七 变积分的PID控制算法C++实现

  变积分PID可以看成是积分分离的PID算法的更一般的形式。在普通的PID控制算法中，由于积分系数ki是常数，所以在整个控制过程中，积分增量是不变的。但是，系统对于积分项的要求是，系统偏差大时，积分作用应该减弱甚至是全无，而在偏差小时，则应该加强。积分系数取大了会产生超调，甚至积分饱和，取小了又不能短时间内消除静差。因此，根据系统的偏差大小改变积分速度是有必要的。

   变积分PID的基本思想是设法改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢; 偏差越小，积分越快。

   这里给积分系数前加上一个比例值index：

   当abs(err)<180时，index=1;

   当180<abs(err)<200时，index=（200-abs(err)）/20;

   当abs(err)>200时，index=0;

   最终的比例环节的比例系数值为ki*index;

   具体PID实现代码如下：

 pid.h:
#ifndef _PID_H_
#define _PID_H_
 
typedef struct _pid{
float SetSpeed;
float ActualSpeed;
float err;
float err_last;
float Kp, Ki, Kd;
float voltage;
float integral;
float umax;
float umin;
}Pid;
 
 
class Pid_control
{
public:
 
void PID_init();
float PID_realize(float speed);
 
private:
int index;
Pid pid;
};
#endif
 
pid.cpp:#include <iostream>
#include "pid.h"
 
using namespace std;
 
void  Pid_control::PID_init()
{
pid.SetSpeed = 0.0;
pid.ActualSpeed = 0.0;
pid.err = 0.0;
pid.err_last = 0.0;
pid.voltage = 0.0;
pid.integral = 0.0;
pid.Kp = 0.4;
pid.Ki = 0.2;
pid.Kd = 0.2;
pid.umax = 400;
pid.umin = -200;
}
 
float Pid_control::PID_realize(float speed){
float index;
pid.SetSpeed = speed;
pid.err = pid.SetSpeed - pid.ActualSpeed;
 
if (abs(pid.err)>200)
{
index = 0.0;
}
else if (abs(pid.err)<180){
index = 1.0;
pid.integral += pid.err;
}
else{
index = (200 - abs(pid.err)) / 20;
pid.integral += pid.err;
}
pid.voltage = pid.Kp*pid.err + index*pid.Ki*pid.integral + pid.Kd*(pid.err - pid.err_last);
 
pid.err_last = pid.err;
pid.ActualSpeed = pid.voltage*1.0;
return pid.ActualSpeed;
}
main.cpp:
#include "pid.h"
#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main()
{
Pid_control Pid;
 
Pid.PID_init();
 
int count = 0;
 
while (count<1000)
{
float speed = Pid.PID_realize(200.0);
 
cout << speed << ";" << " ";
 
count++;
}
cout << endl;
 
system("pause");
 
return 0;
}

最终结果可以看出，系统的稳定速度非常快（测试程序参见本系列教程3）：