PID控制器開發筆記之十：步進式PID控制器的實現

　　對於一般的PID控制系統來說，當設定值發生較大的突變時，很容易產生超調而使系統不穩定。為了解決這種階躍變化造成的不利影響，人們發明了步進式PID控制算法。

1、步進式PID的基本思想

　　所謂步進式PID算法，實際就是在設定值發生階躍變化時，不直接對階躍信號進行響應，而是在一定的時間內逐步改變設定值，直至使設定值達到目標值。這種逐步改變設定值的辦法使得對象運行平穩。適用於高精度伺服系統的位置跟蹤。

　　佷顯然，這一方法並未改變PID控制器本身，而是對設定值做了前期處理。所以其結構框圖與控制方程與其他的PID控制算法是一致的。

　　為了對設定值做必要處理，以使其不知快速變化，有多種方法。比較常用的是建立線性變化函數的辦法。我們可以規定設定值從0-100%的變化時間為T，則可以確定設定值變化的斜率絕對值，或者說是步長。知道補償后，我們就可以根據不常來不斷修改設定值，直到目標值。可用公式描述為：

 

　　其中SPt為設定值目標值，SPs為設定值的起始值，sl為步長，k為步長的變化系數：

 

　　而控制器本身的位置型和增量型表達式都保持不變。

2、算法實現

　　步進式PID的實質是將設定值的突變修改為平緩的變化，這一處理方式在控制中有大量應用。處理設定值變化過程的流程如下所示：

 

　　根據這一流程我們可變寫處理函數如下：

/*步進式PID控制設定值步進處理函數*/
float StepInProcessing(CLASSICPID vPID,float sp)
{
  float stepIn=(vPID->maximum-vPID->minimum))*0.1;
  float kFactor=0.0;
 
  if(fabs(vPID->setpoint-sp)<=stepIn)
  {
    vPID->setpoint=sp;
  }
  else
  {
    if(vPID->setpoint-sp>0)
    {
      kFactor=-1.0;
    }
    else if(vPID->setpoint-sp<0)
    {
      kFactor=1.0;
    }
    else
    {
      kFactor=0.0;
    }
    vPID->setpoint=vPID->setpoint+k*stepIn;
  }
 
  return vPID->setpoint;

}

　　有了這一處理函數后，在調用PID控制器前，先對設定值進行判斷，然后將該函數的結果作為設定值給PID控制器。至於PID控制器才用前面講述的哪種形式，根據具體應用需求和使用方便去年而定。

3、總結

　　所謂步進式實質是對設定值進行平緩變化處理，防止因為設定值的跳變而引起系統的波動。這一辦法雖然能夠減少階躍跳變的干擾，但也會讓系統的響應速度變慢，當然這要根據需要來處理，因為步長的選擇決定了作用大小，補償越小約平緩，相應的響應速度也越慢。

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