PID-C控制示例

PID-C 库使用指南
GitHub 链接
PID-C 库地址："https://github.com/geekfactory/PID" (https://github.com/geekfactory/PID)
这是一个用纯 C 语言编写的轻量级 PID 控制器实现，非常适合嵌入式系统使用。
基本使用方法
1. 文件结构
下载库后，主要包含以下文件：
- 
"pid.c" - PID 控制器实现源码
- 
"pid.h" - 头文件，包含所有函数声明和结构体定义
2. 核心 API 函数
// 初始化 PID 控制器
void pid_init(pid_ctrl_t *pid, float kp, float ki, float kd, float dt);
// 设置 PID 参数
void pid_set_parameters(pid_ctrl_t *pid, float kp, float ki, float kd);
// 设置输出限幅
void pid_set_limits(pid_ctrl_t *pid, float min, float max);
// 执行 PID 计算
float pid_calculate(pid_ctrl_t *pid, float setpoint, float measured);
// 重置 PID 控制器（清空积分项等）
void pid_reset(pid_ctrl_t *pid);
3. 完整使用示例代码
#include "pid.h"
#include <stdio.h>
// 定义采样时间（秒）
#define DT 0.01f
int main() {
    pid_ctrl_t pid_controller;
    float setpoint = 100.0f;   // 目标值
    float measured_value = 0.0f; // 测量值
    float output = 0.0f;      // PID 输出
    
    // 初始化 PID 控制器：Kp=2.0, Ki=0.5, Kd=0.1, 采样时间=0.01s
    pid_init(&pid_controller, 2.0f, 0.5f, 0.1f, DT);
    
    // 设置输出限幅（例如 PWM 范围 0-255）
    pid_set_limits(&pid_controller, 0.0f, 255.0f);
    
    // 模拟控制循环
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        // 读取传感器测量值（这里用模拟值代替）
        measured_value = read_sensor();
        
        // 执行 PID 计算
        output = pid_calculate(&pid_controller, setpoint, measured_value);
        
        // 将输出应用到执行器
        apply_control_signal(output);
        
        // 等待一个采样周期
        delay(DT * 1000); // 转换为毫秒
    }
    
    return 0;
}
// 模拟传感器读取函数
float read_sensor(void) {
    // 这里应该是实际的传感器读取代码
    // 例如：读取编码器、ADC 等
    return some_sensor_value;
}
// 模拟控制信号应用函数
void apply_control_signal(float control_signal) {
    // 这里应该是实际的控制代码
    // 例如：设置 PWM 占空比、控制电机驱动器等
    set_pwm_duty_cycle(control_signal);
}
4. 在嵌入式系统中的实际应用示例（STM32）
#include "pid.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "encoder.h"    // 编码器驱动
#include "motor_driver.h" // 电机驱动
pid_ctrl_t position_pid;
TIM_HandleTypeDef *encoder_tim;
float target_angle = 0.0f;
// PID 控制任务（在定时器中断中调用）
void pid_control_task(void) {
    static uint32_t last_time = 0;
    uint32_t current_time = HAL_GetTick();
    
    // 确保固定的采样时间（例如 10ms）
    if (current_time - last_time >= 10) {
        float dt = (current_time - last_time) / 1000.0f;
        last_time = current_time;
        
        // 读取编码器获取当前位置（度）
        int32_t encoder_count = __HAL_TIM_GET_COUNTER(encoder_tim);
        float current_angle = (encoder_count / ENCODER_PPR) * 360.0f;
        
        // PID 计算
        float pwm_output = pid_calculate(&position_pid, target_angle, current_angle);
        
        // 应用控制信号到电机
        motor_set_pwm(pwm_output);
    }
}
// 初始化函数
void system_init(void) {
    // 初始化编码器
    encoder_tim = &htim2; // 假设使用 TIM2 作为编码器接口
    HAL_TIM_Encoder_Start(encoder_tim, TIM_CHANNEL_ALL);
    
    // 初始化 PID 控制器
    pid_init(&position_pid, 5.0f, 0.1f, 0.05f, 0.01f); // Kp=5, Ki=0.1, Kd=0.05
    pid_set_limits(&position_pid, -100.0f, 100.0f); // PWM 限幅
    
    // 设置目标位置
    target_angle = 90.0f; // 目标：90度
}
5. 高级功能使用
// 积分抗饱和和微分滤波示例
void advanced_pid_setup(pid_ctrl_t *pid) {
    // 设置积分限幅防止积分饱和
    pid->integral_limit = 50.0f;
    
    // 启用微分滤波（减少高频噪声影响）
    pid->derivative_filter_enabled = 1;
    pid->derivative_filter_alpha = 0.1f; // 滤波系数
}
// 实时调整 PID 参数
void adaptive_pid_control(pid_ctrl_t *pid, float error) {
    // 根据误差大小自适应调整参数
    if (fabs(error) > 10.0f) {
        // 大误差时使用更强的 P 控制
        pid_set_parameters(pid, 8.0f, 0.0f, 0.0f);
    } else {
        // 小误差时启用积分和微分
        pid_set_parameters(pid, 5.0f, 0.1f, 0.05f);
    }
}
主要特点
1. 轻量级：代码简洁，适合资源受限的嵌入式系统
2. 纯 C 实现：不依赖特定平台或操作系统
3. 可配置：支持输出限幅、积分抗饱和等高级功能
4. 易移植：可以轻松移植到各种微控制器平台
编译说明
将 
"pid.c" 和 
"pid.h" 添加到你的项目中，在编译时确保包含这两个文件即可。
这个库非常适合在 STM32、ESP32、Arduino 等嵌入式平台上实现精确的 PID 控制。