标题: STM32 pid自整定+pid控温+pwm输出 源程序 [打印本页]
作者: 114786    时间: 2021-8-13 22:56
标题: STM32 pid自整定+pid控温+pwm输出 源程序
  主要是利用继电器反馈法进行pid参数自动整定。若测出了系统的一阶模型，或得出了系统的临界比例增益，则可很容易地设计出PID调节器。继电型自整定的基本想法是，在控制系统中设置两种模态：测试模态和调节模态。在测试模态下，调节器自动转换成位式调节，即当测量值小于设定值时，调节器输出为满量程，反之为零，使系统产生振荡，振荡过程中调节器自动提取被控对象的特征参数；而在调节模态下由系统的特征参数首先得出PID控制器，然后，由此控制器对系统进行调节。当需要PID参数整定时，开关置于调整处，系统按继电反馈建立起稳定的极限环振荡后，就可以根据系系统响应特征确定PID参数。自整定计算完成后开关置于调节处，系统进入正常控制。内含STM32程序，包含DS18B20读取温度

STM32单片机源程序如下:
  1. #include "./pid/pid.h"   
  2. #include "./led/bsp_led.h"   
  3. #include "./GeneralTim/bsp_GeneralTim.h"

  5. PID pid; //存放PID算法所需要的数据

  7. uint16_t pw;
  8. uint16_t save_buff[9000] = {0}; //保存数据缓存
  9. extern volatile        uint16_t Step_Auto;       
  10. extern volatile        uint32_t PID_cool_cnt;
  11. extern volatile        uint32_t PID_heat_cnt;
  12. extern volatile        uint16_t pid_self_first_status_flag;        //标志位
  13. extern volatile        uint16_t PID_Deal,PID_auto_Deal;
  14. extern volatile        uint16_t zero_across_counter;
  15. extern volatile        uint16_t k_pid_self_counter;
  16. extern volatile        uint16_t CCR4_Val;
  17. extern volatile        uint16_t kkk;
  18. void PID_Calc()  //pid计算
  19. {
  20.         float DelEk;       
  21.         float out;
  22.         if (PID_Deal == 1)
  23.         {
  24.                 pid.Ek=pid.Sv-pid.Pv;   //得到当前的偏差值
  25.                 pid.SEk+=pid.Ek;        //历史偏差总和
  26.                 DelEk=pid.Ek-pid.Ek_1;  //最近两次偏差之差

  28.                 pid.Pout=pid.Kp*pid.Ek;     //比例输出
  29.                 pid.Iout=pid.Ki*pid.SEk;                          //积分输出
  30.                 pid.Dout=pid.Kd*DelEk;                            //微分输出
  31.                 out= pid.Pout+ pid.Iout+ pid.Dout;
  32.                 kkk++;
  33.                 if(out>255)
  34.                 {
  35.                         kkk=0;
  36.                         pid.SEk=0;
  37.                 }
  38.                 if(out>255)
  39.                 {
  40.                         pid.OUT=255;
  41.                 }
  42.                 else if(out<0)
  43.                 {
  44.                         pid.OUT=0;
  45.                 }
  46.                 else
  47.                 {
  48.                         pid.OUT=out;
  49.                 }
  50.                 pid.Ek_1=pid.Ek;  //更新偏差
  51. //                printf ( "\r\n%.1f\r\n",out);       
  52.                 PID_out();
  53.                
  54.         }
  55. }
  56. void PID_out()  //输出PID运算结果到负载---每1ms被调用1次
  57. {
  58.         uint16_t kk;
  59.         if (pid.Pv>pid.Sv)//当前温度大于用户设定温度
  60.         {
  61.                 CCR4_Val=100;
  62.                 GENERAL_TIM_Init();
  63.         }
  64.                 else
  65.                 {
  66.                 kk=100-pid.OUT*100/255;
  67.                 CCR4_Val=kk;
  68.                 GENERAL_TIM_Init();
  69. //        printf ( "\r\n%3d\r\n",kk);
  70.                 }
  71. }
  72. void PID_auto()//继电器反馈法自整定pid参数
  73. {

  75.         uint8_t i = 0;
  76.         float KC = 0;
  77.         float TC = 0;
  78.         float V_temp = 0,min_temp = 0,max_temp = 0;
  79.         float TIME_Hight=0,TIME_LOW=0;
  80.        
  81.        
  82.         //第一步进入比较初始温度 确定此时温度处于哪种情况

  84. if (PID_auto_Deal== 0)
  85. {
  86. /******************************************************************************************************/
  87.                
  88.                 PID_Deal = 0;//退出pid
  89.                
  90.                 //程序第一次进入 查看对比当前温度和设定温度

  92.                 if(pid.Pv < pid.Sv1)//当前温度低于设定温度
  93.                 {
  94.                         PID_heat_cnt++;                //热
  95.                         PID_cool_cnt = 0;
  96.                         if(PID_heat_cnt >= 3)//连续3次结果
  97.                         {
  98.                                 CCR4_Val=0;//加热
  99.                                 GENERAL_TIM_Init();

  101.                                 if(Step_Auto == 0)               
  102.                                 {
  103.                                         Step_Auto = 1;
  104.                                         zero_across_counter++;
  105. //                                        printf ( "\r\n1");       
  106.                                 }
  107.                         }
  108.                 }
  109.                 else//当前温度 大于 设定温度 停止加热
  110.                 {
  111.                         PID_cool_cnt++;
  112.                         PID_heat_cnt = 0;
  113.                         if(PID_cool_cnt > 3)
  114.                         {
  115.                                 CCR4_Val=100;                //不加热
  116.                                 GENERAL_TIM_Init();
  117.                                 if(Step_Auto == 1)                //设定温度高于当前温度
  118.                                 {
  119.                                         Step_Auto = 0;
  120.                                         zero_across_counter++;
  121.                                 }
  122.                         }
  123.                 }
  124.                 if(PID_heat_cnt >= 65535)//连续3次结果
  125.                 {
  126.                         PID_heat_cnt=65535;
  127.                 }
  128.                 if(PID_cool_cnt >= 65534)//连续3次结果
  129.                 {
  130.                         PID_cool_cnt=65534;
  131.                 }
  132.                
  133.                
  134.                
  135.                 /*****************开始计算强行振荡的周期和幅值****************************/                       

  137.                 if((zero_across_counter == 3 ) || (zero_across_counter == 4 ))
  138.                 {
  139.                         save_buff[k_pid_self_counter] = pid.Pv;
  140.                        
  141.                         k_pid_self_counter++;
  142.                        
  143.                         if(k_pid_self_counter >=9000)
  144.                         {
  145.                                 k_pid_self_counter = 0;                                       
  146.                         }
  147.                 }
  148.                 else if(zero_across_counter == 5 )//5次过0 则说明出现了振荡 整定成功
  149.                 {
  150.                                 PID_Deal = 1;
  151.                                 PID_auto_Deal = 1;
  152.                                 zero_across_counter = 0;

  154.                                         max_temp=save_buff[0];
  155.                                         min_temp=save_buff[0];
  156.                                         for(i = 0;i < k_pid_self_counter;i++)
  157.                                         {
  158.                                                 if(save_buff[i] >= max_temp)
  159.                                                 {
  160.                                                         max_temp = save_buff[i];
  161.                                                         TIME_LOW=i;
  162.                                                 }
  163.                                                 if(save_buff[i] <= min_temp)
  164.                                                 {
  165.                                                         min_temp = save_buff[i];
  166.                                                         TIME_Hight=i;
  167.                                                 }
  168.                                         }
  169.                                         V_temp =  max_temp - min_temp;                                        //最大减最小就是幅值
  170.                                        
  171.                                        
  172.                                 KC = 127/V_temp;
  173. //如果记录了 最低温度 与 最高温度对应的时间 那么沿用这个公式：TC = 2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);       
  174.                                 TC = k_pid_self_counter;        //TC =2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);
  175.                        
  176.                                 pid.Kp = 0.6*KC;               
  177.                                 pid.Ki = (0.6*KC)/(0.5*TC)/10;
  178.                                 pid.Kd = (0.6*KC)*(0.125*TC)/60;
  179.                                 printf ( "\r\n整定成功");               
  180.                         }
  181.         }       
  182. }
复制代码



  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include "core_cm3.h"
  3. #include "./systick/bsp_SysTick.h"
  4. #include "./led/bsp_led.h"
  5. #include "./usart/bsp_usart.h"
  6. #include "./ds18b20/bsp_ds18b20.h"
  7. #include "./pid/pid.h"
  8. #include "./timer/timer.h"
  9. #include "./AdvanceTim/bsp_AdvanceTim.h"
  10. #include "./GeneralTim/bsp_GeneralTim.h"

  12. volatile uint32_t time = 0; // ms 计时变量
  13. volatile uint32_t time2 = 0; // ms 计时变量
  14. float TM1,TM2;
  15. volatile uint8_t ucDs18b20Id[8];

  17. volatile        uint16_t Step_Auto;        
  18. volatile        uint32_t PID_cool_cnt;
  19. volatile        uint32_t PID_heat_cnt;
  20. volatile        uint16_t pid_self_first_status_flag;        //标志位
  21. volatile        uint16_t PID_Deal,PID_auto_Deal;
  22. volatile        uint16_t zero_across_counter;
  23. volatile        uint16_t k_pid_self_counter;
  24. volatile        uint16_t CCR4_Val;
  25. volatile        uint16_t kkk;
  26. //volatile         uint16_t save_buff[9000] = {0};
  27. void delay();

  29. void PID_Init()
  30. {
  31.                 pid.Sv=30;                //用户设定温度
  32.                 pid.OUT0=1;

  34.                 zero_across_counter=0;
  35.                 PID_cool_cnt=0;
  36.                 PID_heat_cnt=0;
  37.                 PID_Deal=0;
  38.                 PID_auto_Deal=0;
  39.                 pid_self_first_status_flag = 0;
  40.                 k_pid_self_counter=0;
  41.                 if( pid.Pv <= pid.Sv)        //设定温度高于当前温度
  42.                 {
  43.                         pid.Sv1=(pid.Sv-pid.Pv)/2+pid.Pv;        
  44.                         pid.Sv1=(pid.Sv-pid.Pv)/2+pid.Pv;        
  45.                         pid.Sv1=(pid.Sv-pid.Pv)/2+pid.Pv;        
  46.                         pid.Sv1=(pid.Sv-pid.Pv)/2+pid.Pv;        
  47.                         pid.Sv1=(pid.Sv-pid.Pv)/2+pid.Pv;        
  48.                         
  49.                 }               
  50. //                CCR4_Val=100;
  51. //                PID_auto_Deal=1;
  52. //                PID_Deal=1;
  53. //                pid.Sv=30;
  54. //                pid.Kp=38.0999985;
  55. //                pid.Ki=0.21666673;
  56. //                pid.Kd=2.8575;
  57.                
  58.         
  59. }



  63. /**
  64.   * @brief  主函数
  65.   * @param  无  
  66.   * @retval 无
  67.   */
  68. int main(void)
  69. {        
  70.                 delay();
  71.         CCR4_Val=50;
  72.         ADVANCE_TIM_Init();
  73.         GENERAL_TIM_Init();
  74.         
  75.         /* 配置SysTick 为1us中断一次 */
  76.         SysTick_Init();
  77.         
  78.         
  79. //        /* 端口初始化 */
  80. //        LED_GPIO_Config();//初始化了PB1口
  81.         
  82.         

  84.         
  85.         USART_Config();        //初始化串口1
  86.         printf("\r\n this is a ds18b20 test demo \r\n");
  87.         while( DS18B20_Init() )        
  88.         printf("\r\n no ds18b20 exit \r\n");//初始化DS18B20，不初始化就等待这里?
  89.         printf("\r\n ds18b20 exit \r\n");
  90.         DS18B20_ReadId(ucDs18b20Id);
  91.         TM1=DS18B20_GetTemp_MatchRom ( ucDs18b20Id );
  92.         pid.Pv=TM1;
  93.         PID_Init();  //参数初始化        
  94.         pid.Sv1=28;        
  95.         while(1)        
  96.         {        
  97.                 printf ( "\r\n%.1f",TM1);                // 打印通过 DS18B20 序列号获取的温度值        
  98.                 Delay_ms(10);
  99.                 TM1=DS18B20_GetTemp_MatchRom ( ucDs18b20Id );
  100.                 pid.Pv=TM1;//当前温度         
  101.                 pid.Pv=TM1;//当前温度        
  102.                 PID_auto();
  103.                 PID_Calc(); //pid计算                                                               
  104. //                printf ( "\r\n%.1f",TM1);                // 打印通过 DS18B20 序列号获取的温度值        
  105. //                Delay_ms(1000);
  106. //                if ( time >= 10 ) /* 10 * 1 ms = 10ms 时间到 */
  107. //    {
  108. //      time = 0;  
  109. //                        TM1=DS18B20_GetTemp_MatchRom ( ucDs18b20Id );
  110. //                        pid.Pv=TM1;//当前温度        
  111. //    }
  112. //                if ( time2 >= 1000 ) /* 1000 * 1 ms = 1s 时间到 */
  113. //    {
  114. //      time2 = 0;  
  115. //                        pid.Pv=TM1;//当前温度        
  116. //                        PID_auto();
  117. //                        PID_Calc(); //pid计算                                                               
  118. //                }               
  119.         }         
  120. }                                
  121. void delay(void)
  122. {
  123.         int i;
  124.         for(i=0; i<10000000; i++)
  125.                 ;
  126. }
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作者: wenhuaxiao    时间: 2021-8-14 09:17
最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: 椰子01    时间: 2021-8-22 10:15

最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: mrzhou    时间: 2021-9-16 11:40
最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: Liangzhongjie    时间: 2021-9-22 19:51
最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: cnmgrd    时间: 2021-9-23 08:57
正在做一个PID温控器的项目，学习了!谢谢！
作者: sssssda    时间: 2021-9-24 10:38
楼主你好，请问下这里为什么当前温度大于设定温度，占空比却还要调到最大

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作者: woyaodwn    时间: 2021-12-28 10:18
有原理图吗
作者: yxdz1358    时间: 2021-12-31 09:29
楼主，有原理图吗，PID控制是不是要用可控硅呢，用继电器的话，会不会影响使用寿命呢？
作者: banzhiyang    时间: 2023-2-1 10:53
学习中 温控，pid ，感谢
作者: huntkey_dy    时间: 2023-8-24 09:12
您好，您代码中自整定这块好像没有运行，KI,KD,PD这3个参数一直为初值0
作者: huntkey_dy    时间: 2023-8-24 09:13
您好，你代码里的自整定部分没有运行，其中KI,KD,KP3个参数一直为0
作者: bigbigcong    时间: 2024-1-4 10:32
请问“                                KC = 127/V_temp; //如果记录了 最低温度 与 最高温度对应的时间 那么沿用这个公式：TC = 2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);                                        TC = k_pid_self_counter;        //TC =2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);                                                         pid.Kp = 0.6*KC;                                                pid.Ki = (0.6*KC)/(0.5*TC)/10;                                 pid.Kd = (0.6*KC)*(0.125*TC)/60;”这一段计算是根据什么得到的？
作者: wjb444    时间: 2024-2-1 16:07
CCR4_VAL=100  out=0%            CCR4_VAL=0  out=100%   

请问TC    得出后,PID运算周期 ,输出周期没有更改,这个应该很重要,关系到系统的滞后
作者: wjb444    时间: 2024-2-1 16:08

请问“                                KC = 127/V_temp; //如果记录了 最低温度 与 最高温度对应的时间 那么沿用这个公式：TC = 2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);                                        TC = k_pid_self_counter;        //TC =2 * (TIME_Hight - TIME_LOW);                                                         pid.Kp = 0.6*KC;                                                pid.Ki = (0.6*KC)/(0.5*TC)/10;                                 pid.Kd = (0.6*KC)*(0.125*TC)/60;”这一段计算是根据什么得到的？


这个应该是继电整定法,网上能找到公式

作者: 7631001    时间: 2024-2-4 09:28
很好的代码，学习了
作者: lihe123    时间: 2024-2-28 14:39
  最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: caoj864    时间: 2024-3-7 22:21
最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: hfei    时间: 2024-9-30 17:08
没玩过自整定，谢谢分享！学习一下。
作者: 1528685181    时间: 2024-11-7 11:09

最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: cqopd    时间: 2024-11-12 16:41
感谢，想您学习。
作者: xzh5508    时间: 2024-12-2 13:43
谢谢分享，PID挺好用的，学习学习
作者: lvyiwuhen    时间: 2025-2-9 21:36
最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: ablade    时间: 2025-4-23 16:05

最近正在学这PID呢，谢谢了
作者: GlenXu    时间: 2025-4-25 09:08
这种方法有一定的危害甚至破坏性，适合与未出厂的产品或离线测试的产品做整定，
但部分的应用场合是不能使用震荡法做系统分析或整定的！
作者: huanglong@    时间: 2025-4-27 17:39
wenhuaxiao 发表于 2021-8-14 09:17
最近正在学这PID呢，谢谢了

有点忘记了刚好学习一下




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