一个直接用于项目开发的PID库分享

最近有朋友问到有没有现成的C语言PID库。

当然有了！现在我就准备给大家安利一下了。一般同学会去某度上搜，看到各种各样版本的PID示例，或者去GitHub上白嫖。

其实一些芯片公司会提供一些控制领域的解决方案了，这里面就会包括PID库。

比如ST的"ST Motor Control Sdk"，或者TI的C2000系列的control suite。

不过目前TI官方对于control suite已经不再提供相应的更新,可以继续下载这个套件.

目前control suite已经更新为C2000WARE-MOTORCONTROL-SDK.

那本文主要介绍TI的control suite,这里面除了PID外有很多控制类算法，并且配置了丰富的文档。

如何安装？

进入ti的官网，输入control suite进行搜索，就可以找到相应的安装包。

这里有离线安装包，和在线安装包。直接基于在线安装包进行操作即可。我们先下载安装包。

下面就是一路疯狂点击Next即可；

界面 1界面 2界面 3界面 4耐心等待安装成功

源码和文档

进入主界面，这里基本的例子都是基于TI的C2000系列的MCU进行开发的，具体如下图所示；

主界面

进入主界面之后，我们可以看到左侧这边包含了软硬件文档，项目示例还有相应的文档。

其实我们要找的是基于C2000系列MCU的数学算法库，可以在下列列表中找到；

当然也可以在安装目录C: icontrolSUITElibsapp_libsmotor_controlmath_blocksv4.2下面找到相应的PID算法；

至于如何使用这几个文件，这里也提供了相应的文档，在Docs中找到，

例如pid_grando.h文件，这里介绍了对应的平台，当然是TI系列的MCU，并且依赖于IQMath库，其实这里我们做一些简单的改动，就可以移植到自己所需的平台上去了，具体源码如下：

/*=================================================================================
Filename:PID_GRANDO.H
===================================================================================*/


#ifndef__PID_H__
#define__PID_H__

typedefstruct{_iqRef;//Input:referenceset-point
_iqFbk;//Input:feedback
_iqOut;//Output:controlleroutput
_iqc1;//Internal:derivativefiltercoefficient1
_iqc2;//Internal:derivativefiltercoefficient2
}PID_TERMINALS;
//note:c1&c2placedheretokeepstructuresizeunder8words

typedefstruct{_iqKr;//Parameter:referenceset-pointweighting
_iqKp;//Parameter:proportionalloopgain
_iqKi;//Parameter:integralgain
_iqKd;//Parameter:derivativegain
_iqKm;//Parameter:derivativeweighting
_iqUmax;//Parameter:uppersaturationlimit
_iqUmin;//Parameter:lowersaturationlimit
}PID_PARAMETERS;

typedefstruct{_iqup;//Data:proportionalterm
_iqui;//Data:integralterm
_iqud;//Data:derivativeterm
_iqv1;//Data:pre-saturatedcontrolleroutput
_iqi1;//Data:integratorstorage:ui(k-1)
_iqd1;//Data:differentiatorstorage:ud(k-1)
_iqd2;//Data:differentiatorstorage:d2(k-1)
_iqw1;//Data:saturationrecord:[u(k-1)-v(k-1)]
}PID_DATA;


typedefstruct{PID_TERMINALSterm;
PID_PARAMETERSparam;
PID_DATAdata;
}PID_CONTROLLER;

/*-----------------------------------------------------------------------------
DefaultinitalisationvaluesforthePIDobjects
-----------------------------------------------------------------------------*/

#definePID_TERM_DEFAULTS{
0,
0,
0,
0,
0
}

#definePID_PARAM_DEFAULTS{
_IQ(1.0),
_IQ(1.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(1.0),
_IQ(1.0),
_IQ(-1.0)
}

#definePID_DATA_DEFAULTS{
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(0.0),
_IQ(1.0)
}


/*------------------------------------------------------------------------------
PIDMacroDefinition
------------------------------------------------------------------------------*/

#definePID_MACRO(v)

/*proportionalterm*/
v.data.up=_IQmpy(v.param.Kr,v.term.Ref)-v.term.Fbk;

/*integralterm*/
v.data.ui=_IQmpy(v.param.Ki,_IQmpy(v.data.w1,(v.term.Ref-v.term.Fbk)))+v.data.i1;
v.data.i1=v.data.ui;

/*derivativeterm*/
v.data.d2=_IQmpy(v.param.Kd,_IQmpy(v.term.c1,(_IQmpy(v.term.Ref,v.param.Km)-v.term.Fbk)))-v.data.d2;
v.data.ud=v.data.d2+v.data.d1;
v.data.d1=_IQmpy(v.data.ud,v.term.c2);

/*controloutput*/
v.data.v1=_IQmpy(v.param.Kp,(v.data.up+v.data.ui+v.data.ud));
v.term.Out=_IQsat(v.data.v1,v.param.Umax,v.param.Umin);
v.data.w1=(v.term.Out==v.data.v1)?_IQ(1.0):_IQ(0.0);

#endif//__PID_H__

这里面不仅仅做了积分抗饱和，还有对微分环节的滤波处理，所以应用到项目中是没有问题的。

代码中需要了解Q格式的相关的知识，可以参考一下我的这篇文章《一文教你搞懂C语言的Q格式》；

另外，这个路径下的文档中，还提供了相应的Example，以及PID的信号流图，具体如下所示：

审核编辑 ：李倩