PID算法的C语言实现六 抗积分饱和的PID优化
积分饱和通俗讲就是在一个偏差方向上的饱和，比如一个系统设定了输出不会超过100，但因为出现一个方向上的偏差积分使得输出超过了100，此时达到了饱和状态，如果继续在这个方向上积分会导致pid控制超过100系统却运行在100，相当于积分调节对系统输出没有作用，就出现失控的状态，这是系统不能接受的，而且饱和积分越深，退出饱和就越久。上面是在正向的饱和，负向的饱和类似!
为了解决这个问题，我们采用抗积分饱和算法，其思路就是：如果上一次的输出控制量超过了饱和值，饱和值为正，则这一次只积分负的偏差，饱和值为负，则这一次只积分正的偏差，从而避免系统长期留在饱和区!
下面我以 位置型+抗积分饱和+积分分离的pid控制算法c语言来观察调节结果：(相对应的代码可以参考以往的文章)
//位置型+抗积分饱和+积分分离 pid控制算法
struct _pid{
float setspeed;
float actualspeed;
float err;
float err_last;
float kp,ki,kd;
float voltage;
float integral;
float umax; //最大正饱和上限值
float umin; //最大负饱和下限值
}pid;
void pid_init(void)
{
printf("pid_init begin! \n");
pid.setspeed = 0;
pid.actualspeed = 0;
pid.err = 0;
pid.err_last = 0;
pid.kp = 0.2;
pid.ki = 0.1; //增大了积分环节的值
pid.kd = 0.2;
pid.voltage = 0;
pid.integral = 0;
pid.umax = 400; //正饱和值为400
pid.umin = -200; //负饱和值为-200
printf("pid_init end! \n");
}
float pid_cal(float speed)
{
unsigned char index;
pid.setspeed = speed;
pid.err = pid.setspeed - pid.actualspeed;
if(pid.actualspeed>pid.umax) //如果上一次输出变量出现正向的饱和
{
if(abs(pid.err)>200)
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
if(pid.err<0)
{
pid.integral += pid.err; //正饱和只积分负偏差
}
}
}
else if(pid.actualspeed {
if(abs(pid.err)>200)
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
if(pid.err>0)
{
pid.integral += pid.err; //负饱和只积分正偏差
}
}
}
else
{
if(abs(pid.err)>200) //积分分离的pid优化，可参考以往的文章
{
index = 0;
}
else
{
index = 1;
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;
}
int main(void)
{
int count = 0 ;
printf("system begin! \n");
pid_init();
while(count<1000)
{
float speed = pid_cal(200.0);
printf("-%d-%f-",count,speed);
count++;
}
return 0;
}
最后运行结果：
我们发现，相对以往的算法，还算法大大提高了调节的速度和稳定!