‘壹’ 单片机PID控制问题
首先弄清楚PID是一种控制算法！！！
1，“如果用单片机恒温可以使温度到达预定值就停止加热，低了就加热，用一个温度传感器反馈，这样算是一个自动控制吗”你这是控制系统，但是效果会非常差，尤其是对于温度控制这种大惯性系统，达到预定值就停止加热，但是由于惯性，温度肯定会继续上升，电炉烧水的时候，水开了，断电之后水还要沸腾一定时间的（沸腾是很消耗能量的，由此可见如果是加热的话温度上升更严重，你也可以自己用温度计试试看）；“低了就加热”是同样的道理。如果系统对控制精度有要求，你这样做肯定达不到要求。PID是一种控制算法，相对于其他控制算法来说算是最简单的了。PID能够做到在温度快要达到设定值的时候降低加热功率，让温度上升速度变慢，最终稳定在设定值。如果用你的直接控制，温度会在设定值上下振荡，永远不会停在设定值。
2，一般的控制系统都需要加反馈，以构成闭环控制系统，相对的还有开环控制系统。开环控制系统，举个例子，就是你加热的时候事先计算好大约需要多少热量，然后考虑一下环境影响，计算出加热时间，然后控制加热系统按照你这个时间加热。你觉得这样的系统能够稳定工作吗？环境稍稍有变动就挂了！开环控制系统的特点就是很容易受到环境的影响；闭环控制系统就稳定很多，你用1L水可用，2L水也行，500W电能用，1000W电炉也能用，这就是闭环的优点。
因此，大多数的控制系统都是闭环的，开环很少单独使用，即使用到了也是有闭环的。开环其实也是有优点的，开环在控制系统里面叫做前馈（跟反馈对应的），比如你的系统里面电源电压上升了，加热速度肯定会变快，如果你对电源电压采样，将采样的结果输入到闭环里面，对闭环做一个轻微的修正，控制的精度会更好，这就是开环的优势，它是超前的，能够预知结果（根据地源电压提高就能知道需要降低输出功率了）。
说完这些，你应该明白了，反馈是必需的（前馈也可以要，但是不是必需的），PID不能被取代（除非你用其它更复杂的控制算法）。
‘贰’ 单片机pid算法控制步进电机的电路图和程序
//P1.1(T0):Count They Distance
//P0.4:Tx
//P0.5:Rx
#include <C8051F310.h> //SFR declarations
#include <stdio.h> //Standard I/O definition file
#include <math.h> //Math library file
#include <Intrins.h>
#include <absacc.h>
unsigned int j,i;
char a=0;
unsigned int t=0;
//sbit led=P0^2;
//P0.0(PWM0):给定左轮速度.
sbit vls=P0^4; //P0.4(GPIO):给定左轮方向.
sbit vlf=P0^6; //P0.6(T0) :反馈左轮速度.
sbit dlf=P1^0; //P1.0(GPIO):反馈左轮方向.
//P0.2(PWM0):给定右轮速度.
sbit vrs=P0^5; //P0.5(GPIO):给定右轮方向.
sbit vrf=P0^7; //P0.7(T0) :反馈右轮速度.
sbit drf=P1^1; //P1.1(GPIO):反馈右轮方向.
int ol; //左轮给定值
int len;
int len_1,len_2;
int lyn_1,lyn_2;
int vl1,vl2; //反馈左轮速度值(取样周期内的方波数)
int lfz; //运算后赋给PWM的值
int lyn,lynn;
int lun=0,lun_1=0; //偏差校正值 即校正PWM输出
int lunp,luni,lund; //PID 校正值
int or; //右轮给定值
int ren;
int ren_1,ren_2;
int ryn_1,ryn_2;
int vr1,vr2; //反馈右轮速度值(取样周期内的方波数)
int rfz; //运算后赋给PWM的值
int ryn,rynn;
int run=0,run_1=0; //偏差校正值 即校正PWM输出
int runp,runi,rund; //PID 校正值
float kp=2.0; //比例系数1.8
float kd=0.2; //微分系数0.4
float lki; //积分系数
void pio_init(void);
void sys_init(void);
void t01_init(void);
void TIME3_INT(void);
void PID(void);
void interrupt_init(void);
void delay(unsigned int x);
void pwm1_1(void);
void main(void)
{
PCA0MD &= ~0x40; //关闭
pio_init(); //P11为测距输入端
sys_init();
t01_init();
pwm1_1();
TIME3_INT();
interrupt_init();
vls=1;vrs=0;
while(1)
{
ol=50;
or=50;
delay(1000);
ol=100;
or=100;
delay(1000);
ol=-50;
or=50;
delay(1000);
}
}
void PID(void)
{
/****************左轮PID调节******************/
if(dlf==1)
{
lyn=(vl2*256+vl1); //dlf是左轮反馈方向，0表示向前 vl=TL0
}
else
{
lyn=-(vl2*256+vl1); //dlf=1表示是向后退，速度应该为负值
}
len=ol-lyn; //误差=给定速度-反馈速度(取样周期内的方波数)
if(abs(len)<8)//30
{
lki=1.4; //ki值的确定1.4
}
else
{
lki=0.05; //积分系数：如果 | 给定值-反馈值 | 太大
} //则就可以不引入积分，或者引入的很小0.05
lunp=kp*(len-len_1); //比例校正
luni=lki*len; //积分校正
lund=kd*(len-2*len_1+len_2); //微分校正
lun=lunp+luni+lund+lun_1; //总校正
/*************新旧数据更新*************************/
len_2=len_1;
len_1=len; //len:当前取样周期内出现的速度偏差;len_1:上次取样周期内出现的速度偏差
lun_1=lun; //lun:当前取样周期内得出的PWM校正值;lun_1:上次取样周期内得出的PWM校正值
/*************新旧数据更新*************************/
if(lun>255)
{
lun=255; //正速度
}
if(lun<-255)
{
lun=-255; //负速度
}
if(lun<0)
{
vls=1;
PCA0CPH0=-lun;
}
if(lun>=0)
{
vls=0;
PCA0CPH0=lun;
}
/****************右轮PID调节******************/
if(drf==0)
{
ryn=(vr2*256+vr1); //drf是右轮反馈方向，0表示向前 vl=TL0
}
else
{
ryn=-(vr2*256+vr1); //dlf=1表示是向后退，速度应该为负值
}
ren=or-ryn; //误差=给定速度-反馈速度(取样周期内的方波数)
if(abs(ren)<8)//30
{
lki=1.4; //ki值的确定1.4
}
else
{
lki=0.05; //积分系数：如果 | 给定值-反馈值 | 太大
} //则就可以不引入积分，或者引入的很小0.05
runp=kp*(ren-ren_1); //比例校正
runi=lki*ren; //积分校正
rund=kd*(ren-2*ren_1+ren_2); //微分校正
run=runp+runi+rund+run_1; //总校正
/*************新旧数据更新*************************/
ren_2=ren_1;
ren_1=ren; //len:当前取样周期内出现的速度偏差;len_1:上次取样周期内出现的速度偏差
run_1=run; //lun:当前取样周期内得出的PWM校正值;lun_1:上次取样周期内得出的PWM校正值
/*************新旧数据更新*************************/
if(run>255)
{
run=255; //正速度
}
if(run<-255)
{
run=-255; //负速度
}
if(run<0)
{
vrs=1;
PCA0CPH1=-run;
}
if(run>=0)
{
vrs=0;
PCA0CPH1=run;
}
//因为这里的PCA0CPH0越大，对应的电机速度越小，所以要255来减一下
}
void pio_init(void)
{
XBR0=0x00; //0000 0001
XBR1=0x72; //0111 0010 时能弱上拉 T0T1连接到脚口P06、P07 CEX0、CEX1连接到脚口P00、P01
P0MDIN=0xff; //模拟(0);数字(1) 1111 0011
P0MDOUT=0xc3;//开漏(0);推挽(1) 1111 1111
P0SKIP=0x3c; //0011 1100
P1MDIN=0xff; //1111 1111
P1MDOUT=0xfc;//
P1SKIP=0x00; //1111 1111
}
void sys_init(void) //12MHz
{
OSCICL=0x43;
OSCICN=0xc2;
CLKSEL=0x00;
}
void pwm1_1(void) //PWM的初始化
{
PCA0MD=0x08; //PCA时钟为12分频
PCA0CPL0=200; //左轮
PCA0CPM0=0x42; //设置左轮为8位PWM输出
PCA0CPH0=200;
PCA0CPL1=200; //平衡校正
PCA0CPM1=0x42; //设置为8位PWM输出
PCA0CPH1=200;
PCA0CN=0x40; //允许PCA工作
}
void t01_init(void)
{
TCON=0x50; //计数器1、2允许
TMOD=0x55; //定时器1、2采用16位计数功能
CKCON=0x00;
TH1=0x00; //用于采集左轮的速度
TL1=0x00;
TH0=0x00; //用于采集右轮的速度
TL0=0x00;
}
void TIME3_INT(void)
{
TMR3CN = 0x00; //定时器3为16位自动重载
CKCON &= ~0x40;
TMR3RLL = 0xff;
TMR3RLH = 0xd7;
TMR3L = 0xff;
TMR3H = 0xd7;
TMR3CN |= 0x04;
}
void T3_ISR() interrupt 14 //定时器3中断服务程序
{
//led=~led;
EA=0;
TCON &=~0x50; //关闭计数器0、1
vl1=TL0; //取左轮速度值
vl2=TH0;
vr1=TL1; //取右轮速度值
vr2=TH1;
TH1=0x00;
TL1=0x00;
TH0=0x00;
TL0=0x00;
PID(); //PID处理
TMR3CN &=~0x80; //清中断标志位
TCON |=0x50; //重新开计数器0、1
EA=1;
}
void interrupt_init(void)
{ IE=0x80;
IP=0x00;
EIE1|=0x80;
EIP1|=0x80;
}
void delay(unsigned int m) //延时程序
{
for(i=0;i<2000;i++)
{
for(j=0;j<m;j++){_nop_(); _nop_();}
}
}
‘叁’ 单片机如何写PID程序
PID算法有公式，直接套用就可以了。
公式在这个链接说的很明白了。
http://ke..com/view/1759810.htm
1、如果加入D抖动的特别厉害，试试只用PI控制。
2、还有PID参数都是一步一步调出来的，我建议你做个上位机，就是个简单的VB串口程序，用来设置PID参数
3、然后在单片机这边弄个串口接收程序，这里就是个简单的串口程序，人人都会，把接收到的PID存储在缓冲区里。
4、然后单片机程序直接调用。单片机带EEPROM的话，当接收到改变的PID参数时，存储这些参数。去STC官网下你的单片机资料，上面有EEPROM测试程序，直接套用。
上面纯属个人建议，都容易实现，不过有点费时。
‘肆’ 单片机实现pid控制中 pid是一种算法吗
1.可以直接套用PID公式，无论增量还是绝对的。PID算法是根据误差来控制的算法，不依赖系统的模型，故不用算系统的传递函数。有的书提到传递函数，一般是用于理论建模仿真，从而直接用Matlab一类的仿真软件进行PID参数调试。得到的参数可以为实际应用提供一定参考价值。
2.PID参数整定有一套原则。首先要了解各个参数的作用。具体的整定方法，随便找本自控原理的书都会提到，我不太记得了，大致是有一个倍数关系。但实际操作，一般不会是用这个数，是需要根据系统的反应，改变各个参数来试的。尽信书不如无书啊~
另外，不同系统的参数肯定不一样。就算同一个系统，稍微有一些改变，可能最好的那组参数就会变化。因此衍生了很多先进PID算法，如神经PID、专家PID、模糊PID等等。
‘伍’ 8位单片机PID控制PWM的算法如何实现，C语言计算
PID控制在8位单片机中仍然有广泛的应用，比如温度控制，利用比例、积分、微分补偿来做恒温补偿控制，当然由于有这些数学处理，用C语言相对方便一些，以下是一个具体的实例。
#include<reg51.h>
#include<intrins.h>
#include<math.h>
#include<string.h>
struct PID {
unsigned int SetPoint; // 设定目标 Desired Value
unsigned int Proportion; // 比例常数 Proportional Const
unsigned int Integral; // 积分常数 Integral Const
unsigned int Derivative; // 微分常数 Derivative Const
unsigned int LastError; // Error[-1]
unsigned int PrevError; // Error[-2]
unsigned int SumError; // Sums of Errors
};
struct PID spid; // PID Control Structure
unsigned int rout; // PID Response (Output)
unsigned int rin; // PID Feedback (Input)
sbit data1=P1^0;
sbit clk=P1^1;
sbit plus=P2^0;
sbit subs=P2^1;
sbit stop=P2^2;
sbit output=P3^4;
sbit DQ=P3^3;
unsigned char flag,flag_1=0;
unsigned char high_time,low_time,count=0;//占空比调节参数
unsigned char set_temper=35;
unsigned char temper;
unsigned char i;
unsigned char j=0;
unsigned int s;
/***********************************************************
延时子程序,延时时间以12M晶振为准,延时时间为30us×time
***********************************************************/
void delay(unsigned char time)
{
unsigned char m,n;
for(n=0;n<time;n++)
for(m=0;m<2;m++){}
}
/***********************************************************
写一位数据子程序
***********************************************************/
void write_bit(unsigned char bitval)
{
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ以开始一个写时序*/
if(bitval==1)
{
_nop_();
DQ=1; /*如要写1，则将总线置高*/
}
delay(5); /*延时90us供DA18B20采样*/
DQ=1; /*释放DQ总线*/
_nop_();
_nop_();
EA=1;
}
/***********************************************************
写一字节数据子程序
***********************************************************/
void write_byte(unsigned char val)
{
unsigned char i;
unsigned char temp;
EA=0;
TR0=0;
for(i=0;i<8;i++) /*写一字节数据，一次写一位*/
{
temp=val>>i; /*移位操作，将本次要写的位移到最低位*/
temp=temp&1;
write_bit(temp); /*向总线写该位*/
}
delay(7); /*延时120us后*/
// TR0=1;
EA=1;
}
/***********************************************************
读一位数据子程序
***********************************************************/
unsigned char read_bit()
{
unsigned char i,value_bit;
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ，开始读时序*/
_nop_();
_nop_();
DQ=1; /*释放总线*/
for(i=0;i<2;i++){}
value_bit=DQ;
EA=1;
return(value_bit);
}
/***********************************************************
读一字节数据子程序
***********************************************************/
unsigned char read_byte()
{
unsigned char i,value=0;
EA=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
if(read_bit()) /*读一字节数据，一个时序中读一次，并作移位处理*/
value|=0x01<<i;
delay(4); /*延时80us以完成此次都时序，之后再读下一数据*/
}
EA=1;
return(value);
}
/***********************************************************
复位子程序
***********************************************************/
unsigned char reset()
{
unsigned char presence;
EA=0;
DQ=0; /*拉低DQ总线开始复位*/
delay(30); /*保持低电平480us*/
DQ=1; /*释放总线*/
delay(3);
presence=DQ; /*获取应答信号*/
delay(28); /*延时以完成整个时序*/
EA=1;
return(presence); /*返回应答信号，有芯片应答返回0,无芯片则返回1*/
}
/***********************************************************
获取温度子程序
***********************************************************/
void get_temper()
{
unsigned char i,j;
do
{
i=reset(); /*复位*/
} while(i!=0); /*1为无反馈信号*/
i=0xcc; /*发送设备定位命令*/
write_byte(i);
i=0x44; /*发送开始转换命令*/
write_byte(i);
delay(180); /*延时*/
do
{
i=reset(); /*复位*/
} while(i!=0);
i=0xcc; /*设备定位*/
write_byte(i);
i=0xbe; /*读出缓冲区内容*/
write_byte(i);
j=read_byte();
i=read_byte();
i=(i<<4)&0x7f;
s=(unsigned int)(j&0x0f); //得到小数部分
s=(s*100)/16;
j=j>>4;
temper=i|j; /*获取的温度放在temper中*/
}
/*====================================================================================================
Initialize PID Structure
=====================================================================================================*/
void PIDInit (struct PID *pp)
{
memset ( pp,0,sizeof(struct PID)); //全部初始化为0
}
/*====================================================================================================
PID计算部分
=====================================================================================================*/
unsigned int PIDCalc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint )
{
unsigned int dError,Error;
Error = pp->SetPoint - NextPoint; // 偏差
pp->SumError += Error; // 积分
dError = pp->LastError - pp->PrevError; // 当前微分
pp->PrevError = pp->LastError;
pp->LastError = Error;
return (pp->Proportion * Error // 比例项
+ pp->Integral * pp->SumError // 积分项
+ pp->Derivative * dError); // 微分项
}
/***********************************************************
温度比较处理子程序
***********************************************************/
void compare_temper()
{
unsigned char i;
if(set_temper>temper) //是否设置的温度大于实际温度
{
if(set_temper-temper>1) //设置的温度比实际的温度是否是大于1度
{
high_time=100; //如果是，则全速加热
low_time=0;
}
else //如果是在1度范围内，则运行PID计算
{
for(i=0;i<10;i++)
{
get_temper(); //获取温度
rin = s; // Read Input
rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
}
if (high_time<=100)
high_time=(unsigned char)(rout/800);
else
high_time=100;
low_time= (100-high_time);
}
}
else if(set_temper<=temper)
{
if(temper-set_temper>0)
{
high_time=0;
low_time=100;
}
else
{
for(i=0;i<10;i++)
{
get_temper();
rin = s; // Read Input
rout = PIDCalc ( &spid,rin ); // Perform PID Interation
}
if (high_time<100)
high_time=(unsigned char)(rout/10000);
else
high_time=0;
low_time= (100-high_time);
}
}
// else
// {}
}
/*****************************************************
T0中断服务子程序，用于控制电平的翻转 ,40us*100=4ms周期
******************************************************/
void serve_T0() interrupt 1 using 1
{
if(++count<=(high_time))
output=1;
else if(count<=100)
{
output=0;
}
else
count=0;
TH0=0x2f;
TL0=0xe0;
}
/*****************************************************
串行口中断服务程序，用于上位机通讯
******************************************************/
void serve_sio() interrupt 4 using 2
{
/* EA=0;
RI=0;
i=SBUF;
if(i==2)
{
while(RI==0){}
RI=0;
set_temper=SBUF;
SBUF=0x02;
while(TI==0){}
TI=0;
}
else if(i==3)
{
TI=0;
SBUF=temper;
while(TI==0){}
TI=0;
}
EA=1; */
}
void disp_1(unsigned char disp_num1[6])
{
unsigned char n,a,m;
for(n=0;n<6;n++)
{
// k=disp_num1[n];
for(a=0;a<8;a++)
{
clk=0;
m=(disp_num1[n]&1);
disp_num1[n]=disp_num1[n]>>1;
if(m==1)
data1=1;
else
data1=0;
_nop_();
clk=1;
_nop_();
}
}
}
/*****************************************************
显示子程序
功能：将占空比温度转化为单个字符，显示占空比和测得到的温度
******************************************************/
void display()
{
unsigned char code number[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};
unsigned char disp_num[6];
unsigned int k,k1;
k=high_time;
k=k%1000;
k1=k/100;
if(k1==0)
disp_num[0]=0;
else
disp_num[0]=0x60;
k=k%100;
disp_num[1]=number[k/10];
disp_num[2]=number[k%10];
k=temper;
k=k%100;
disp_num[3]=number[k/10];
disp_num[4]=number[k%10]+1;
disp_num[5]=number[s/10];
disp_1(disp_num);
}
/***********************************************************
主程序
***********************************************************/
void main()
{
unsigned char z;
unsigned char a,b,flag_2=1,count1=0;
unsigned char phil[]={2,0xce,0x6e,0x60,0x1c,2};
TMOD=0x21;
TH0=0x2f;
TL0=0x40;
SCON=0x50;
PCON=0x00;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
PS=1;
EA=1;
EX1=0;
ET0=1;
ES=1;
TR0=1;
TR1=1;
high_time=50;
low_time=50;
PIDInit ( &spid ); // Initialize Structure
spid.Proportion = 10; // Set PID Coefficients 比例常数 Proportional Const
spid.Integral = 8; //积分常数 Integral Const
spid.Derivative =6; //微分常数 Derivative Const
spid.SetPoint = 100; // Set PID Setpoint 设定目标 Desired Value
while(1)
{
if(plus==0)
{
EA=0;
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(plus==0)
{
set_temper++;
flag=0;
}
}
else if(subs==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;a<102;b++){}
if(subs==0)
{
set_temper--;
flag=0;
}
}
else if(stop==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(stop==0)
{
flag=0;
break;
}
EA=1;
}
get_temper();
b=temper;
if(flag_2==1)
a=b;
if((abs(a-b))>5)
temper=a;
else
temper=b;
a=temper;
flag_2=0;
if(++count1>30)
{
display();
count1=0;
}
compare_temper();
}
TR0=0;
z=1;
while(1)
{
EA=0;
if(stop==0)
{
for(a=0;a<5;a++)
for(b=0;b<102;b++){}
if(stop==0)
disp_1(phil);
// break;
}
EA=1;
}
}
‘陆’ 请问用单片机通过PWM调节占空比软启动电动机，需不需要PID算法
在使用单片机通过PWM调节占空比来软启动电动机时，是否需要采用PID算法取决于具体应用场景。如果系统对速度反馈有需求，并且需要实现较为精确的速度控制，那么使用PID算法会是一个不错的选择。PID算法的核心在于通过反馈机制来调节输出，以达到期望的速度。这里提供一个简化的PID程序示例，用于参考：
c
int error, derror;
error = acon - temp;
pida.sumer = error - pida.er1;
derror = error - 2 * (pida.er1) + pida.er2;
pida.er2 = pida.er1;
pida.er1 = error;
ad += ((pida.pp * pida.sumer) + (pida.pi * error) + (pida.pd * derror));
在这个程序中，`acon` 和 `temp` 分别代表设定值和当前测量值，`pida` 是一个结构体，包含了PID控制所需的参数，如比例增益（pp）、积分增益（pi）和微分增益（pd），以及一些临时变量。程序通过计算误差、误差的变化率以及积分误差，来调整输出信号的大小，从而实现对速度的精确控制。
然而，如果对速度控制的精度要求不高，或者系统无法提供速度反馈，那么可以考虑使用其他方法，比如直接设定一个逐步增加的PWM占空比，来实现软启动。这种方式简单易行，但可能无法达到PID算法所能实现的精确控制效果。
综上所述，是否采用PID算法需要根据实际情况来决定。在具体应用中，可以先尝试使用较为简单的控制方法，然后再逐步引入更复杂的控制策略，以优化系统性能。