这是项目中非常重要的PID控制器,为什么电机会时刻保持稳定,主要就是靠它,目前我认为它应该以实际位置与目标位置的差值作为PID的控制器输入,控制电机的PWM波形的生产相关参数作为输出。到底是不是呢,先看看函数本身的定义和之后的调用就清楚了。
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/* PID Controller */
/************************/
// PID integer inplementation
// DTms ... sample period (ms)//采样周期
// DTinv ... sample frequency (Hz), inverse of DT (just to avoid division)//采样频率,采样周期的倒数,提前算好,避免由控制器计算除法,减小计算量
int32_t ComputePID(int32_t DTms, int32_t DTinv, int32_t in, int32_t setPoint, int32_t *errorSum, int32_t *errorOld, int32_t Kp, int16_t Ki, int32_t Kd)
//int32_t 是32位有符号整型数,可以看到PID控制器的参数有DTms采样周期,DTinv采样频率,in(实际值),setPoint设定值,误差errorsum误差总和,errorOld上一步误差,Kp,Ki,Kd,为PID的三个整定参数。
{
int32_t error = setPoint - in;//计算当前周期内的误差,给定值-实际值=误差
int32_t Ierr;
Ierr = error * Ki * DTms;//计算当前周期的误差积分
Ierr = constrain_int32(Ierr, -(int32_t)1000*100, (int32_t)1000*100);//对lerr的数值进行大小限制,控制在±100000之内,是不是为了避免积分饱和呢?
*errorSum += Ierr;//当前误差积分与历史误差积分相加,产生新的历史误差积分
/*Compute PID Output*/
int32_t out = (Kp * error) + *errorSum + Kd * (error - *errorOld) * DTinv;//正好是三项,第一项比例项,第二项积分项,第三项微分项(相邻两个周期的误差相减除以周期,就是误差曲线的斜率)
*errorOld = error;//为下一次计算做准备,将本次周期的误差存为上一次误差
out = out / 4096 / 8;//这里为什么要连续除以4096和8的目的还不清楚,需要配合日后引用的代码进行分析
return out;
}
通过分析,可以看出这个PID控制器是采用位置式的实现发放,也就是全量式的。
全量式有什么样的缺点呢?
1)由于全量输出,所以每次输出均与过去状态有关,计算时要对e(k)(k=0,1,…n)进行累加,工作量大。其实到也没有多大的计算量,实际编程中也是逐项累加起来的,一个循环周期内也只是用到历史综合和当前误差。倒是需要对积分饱和的问题进行控制。
2)因为计算机输出的u(n)对应的是执行机构的实际位置,如果计算机出现故障,输出u(n)将大幅度变化,会引起执行机构的大幅度变化,有可能因此造成严重的生产事故,这在实际生产中是不允许的。
与此相对应的还有增量式的,具体实现方法可以参考这里。