单片机的PID控制方法详细说明

　　经常有人问有关PID的用法，看一些有关单片及应用的书上都有关于PID的应用原理，但是面对具体的问题就不知道如何应用了，主要的问题是里面所用到的参数以及计算结果需要进行什么处理，通过什么样的换算才能具体的应用于实际，另外在计算方法上也存在着数值计算的算法问题，今天我在这里例举温度控制中的PID部分，希望能够把PID的具体应用说明白。一般书上提供的计算公式中的几个名词：

　　1.直接计算法和增量算法，这里的所谓增量算法就是相对于标准算法的相邻两次运算之差，得到的结果是增量，也就是说，在上一次的控制量的基础上需要增加（负值意味着减少）控制量，例如对于可控硅电机调速系统，就是可控硅的触发相位还需要提前（或迟后）的量，对于温度控制就是需要增加（或减少）加热比例，根据具体的应用适当选择采用哪一种算法，但基本的控制方法、原理是完全一样的，直接计算法得到的是当前需要的控制量，相邻两次控制量的差就是增量；

　　2.基本偏差e（）。表示当前测量值与设定目标间的差，设定目标是被减数，结果可以是正或负，正数表示还没有达到，负数表示已经超过了设定值。这是面向比例项用的变动数据。

　　3.累计偏差Ze（t）=ef（t）+e（t-1）+e（t-2）+..+e（l），这是我们每一次测量到的偏差值的总和，这是代数和，考虑到他的正负符号的运算的，这是面向积分项用的一个变动数据。

　　4.基本偏差的相对偏差e（t）ef（t-1），用本次的基本偏差减去上一次的基本偏差，用于考察当前控制的对象的趋势，作为快速反应的重要依据，这是面向微分项的一个变动数据。

　　5.三个基本参数：Kp，Ki，Kd.这是做好一个控制器的关键常数，分别称为比例常数、积分常数和微分常数，不同的控制对象他们需要选择不同的数值，还需要经过现场调试才能获得较好的效果。

　　6.标准的直接计算法公式：Pout （t）=Kp*e（t）+Ki*Ze（t）+Kd*（e（t）-e（t-1）；

　　上一次的计算值：

　　Pout（t-1）=Kp*e（t-1）+Ki*Ze（t-1）+Kd*（e（t-1）-e（-2））；两式相减得到增量法计算公式：

　　Pdlt=Kp*（e（t）-e（t-1）+Ki*e（t）+Kd*（e（）-2*e（t-1）+e（-2）；*这里我们对项的表示应该是对e（i）从1到t全部总和，但为了打字的简便就记作Ze（t）.

　　比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

　　积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti，Ti越小，积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。

　　微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。