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输出= 比例项 + 积分项 + 微分项
由于计算机从次采样开始每有一个偏差采样值必须计算一次输出值只需要保存偏差前值和
积分项前值利用计算机处理的重复性可以化简以上算式为
其中
Mn 在第 n 采样时刻PID 回路输出的计算值
Kc PID 回路增益
en 在第 n 采样时刻的偏差值
en – 1 在第 n-1 采样时刻的偏差值 (偏差前项)
KI 积分项的比例常数
MX 积分项前值
KD 微分项的比例常数
CPU 实际使用以上简化算式的改进形式计算 PID 输出这个改进型算式是
其中
Mn 第 n 采样时刻的计算值
MPn 第 n 采样时刻的比例项值
Min 第 n 采样时刻的积分项值
MDn 第 n 采样时刻的微分项值
比例项
比例项 MP 是增益 (Kc) 和偏差 (e) 的乘积其中 Kc 决定输出对偏差的灵敏度 偏差 (e) 是给定值
(SP) 与过程变量值 (PV) 之差CPU 执行的求比例项算式是
MPn = Kc * (SPn - PVn)
其中
MPn 第 n 采样时刻比例项的值
Kc 增益
SPn 第 n 采样时刻的给定值
PVn 第 n 采样时刻的过程变量值
= * + * + + * ( - -1 ) Mn KC en KI en MX KD en en
输出= 比例项 + 积分项 + 微分项
Mn = MPn +MIn+ MDn
输出 = 比例项 + 积分项 + 微分项
积分项
积分项值 MI 与偏差和成正比CPU 执行的求积分项算式是
MIn = Kc * TS / TI * (SPn - PVn) + MX
其中
Min 第 n 采样时刻的积分项值
Kc 增益
TS 采样时间间隔
TI 积分时间
SPn 第 n 采样时刻的给定值
PVn 第 n 采样时刻的过程变量值
MX 第 n-1 采样时刻的积分项 (积分项前值) (也称积分和或偏置)
积分和 (MX) 是所有积分项前值之和在每次计算出 MIn 之后都要用 MIn 去更新 mx 其中 MIn
可以被调整或限定 (详见“变量和范围"一节) MX 的 初值通常在次计算输出以前被设置为
Minitial (初值) 积分项还包括其他几个常数增益 (Kc) 采样时间间隔 (TS) 和积分时间 (TI) 其
中采样时间是重新计算输出的时间间隔而积分时间控制积分项在整个输出结果中影响的大小
微分项
微分项值 MD 与偏差的变化成正比其计算等式为
MDn = KC * TD / TS * ((SPn - PVn) - (SPn - 1 - PVn - 1))
为了避免给定值变化的微分作用而引起的跳变假定给定值不变(SPn=SPn-1) 这样可以用过程变
量的变化替代偏差的变化计算算式可改进为:
MDn = KC * TD / TS * (SPn - PVn - SPn + PVn - 1)
或
MDn = KC * TD / TS * (PVn - 1 - PVn)
其中
MDn 第 n 采样时刻的微分项值
Kc 回路增益
Ts 回路采样时间
TD 微分时间
SPn 第 n 采样时刻的给定值
SPn – 1 第 n-1 采样时刻的给定值
PVn 第 n 采样时刻的过程变量值
PVn – 1 第 n-1 采样时刻的过程变量值
为了下一次计算微分项值必须保存过程变量而不是偏差在采样时刻初始化为 PVn -1
PVn
回路控制类型的选择
在许多控制系统中只需要一种或二种回路控制类型例如只需要比例回路或者比例积分回路通
过设置常量参数可先选中想要的回路控制类型
如果不想要积分回路可以把积分时间设为无穷大即使没有积分作用积分项还是不为零因为
有初值MX
如果不想要微分回路可以把微分时间置为零
如果不想要比例回路但需要积分或积分微分回路可以把增益设为 0.0 系统会在计算积分项和
微分项时把增益当作 1.0 看待
回路输入的转换和标准化
每个 PID 回路有两个输入量给定值 (SP) 和过程变量 (PV) 给定值通常是一个固定的值比如是
设定的汽车速度过程变量是与 PID 回路输出有关可以衡量输出对控制系统作用的大小在汽车
速度控制系统中过程变量可以是测速仪的输入 (衡量车轮转速高低)
给定值和过程变量都可能是现实世界的值它们的大小范围和工程单位都可能不一样PID 指令
在对这些量进行运算以前必须把他们转换成标准的浮点型实数
转换的步是把 16 位整数值转成浮点型实数值下面的指令序列提供了实现这种转换的方法
XORD AC0 AC0 //清空累加器
MOVW AIW0 AC0 //把待变换的模拟量存入累加器
LDW>= AC0 0 //如果模拟量为正
JMP 0 //则直接转成实数
NOT //否则
ORD 16#FFFF0000 AC0 //先对 AC0 中值进行 符号扩展
LBL 0
DTR AC0 AC0 //把 32 位整数转成实数
转换的下一步是把实数值进一步标准化为 0.0 1.0 之间的实数下面的算式可以用来标准化给定值
或过程变量
RNorm = (RRaw / Span) + Offset)
其中
RNorm 标准化的实数值
Rraw 没有标准化的实数值或原值
Offset 单极性为 0.0 双极性为 0.5
Span 值域大小可能大值减去可能小值
单极性为 32,000 (典型值)
双极性为 64,000 (典型值)
下面的指令把双极性实数标准化为 0.0 1.0 之间的实数通常用在步转换之后:
/R 64000.0 AC0 //累加器中的标准化值
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