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!