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PID算法程序

积分，微分，滤波，死区，限制等功能都做成FB块，每个FB块都可以单独实现相应功能。PIDFB块通过调用以上这些FB块实现PID算法。

积分算法-梯形法程序

积分算法FB

一般来说，在程序FB块中规定输出变量只负责输出，不参与计算，设置静态变量statY用于中间计算，在程序的Zui后在赋值给输出参数y。

在积分FB块中还加入了set设置与hold保留功能，可以在手自动无扰切换和抗饱和时使用。

程序的结构

·如果启用set 设置，statY值等于积分设定值;

·如果启用hold积分保持, statY等于上次扫描值;否则按照梯形公式计算积分值。statXn-1是上一个扫描周期采集的输入信号，与本次扫描周期的输入信号相加，再乘以扫描周期并除以2；

·基于PID公式，将计算结果除以积分时间;

·把计算的数据加上上一个扫描周期计算积分数据，从而实现累加;·随后保存本此扫描的输入值以及积分值;

·在程序的Zui后赋值输出变量y。

微分算法程序

微分算法FB

微分算法相对来说比较简单。

根据公式使用本次扫描输入值减去上次扫描的输入值，除以扫描周期再乘以微分时间就可以了，保存本次扫描的输入值。

如果在PID计算中不使用微分环节直接把微分时间设置为0就可以实现。

底通滤波算法

其实有了积分算法与微分算法，即可以组合成Zui基本的PID控制功能块了。

为了消除反馈值波动对微分环节的影响还是需要加上低通滤波环节。

我们先来看一看低通滤波的程序，根据公式，本次扫描的输入值减去上一次扫描的输出值，乘以扫描周期再除以平滑时间，Zui后加上上一次扫描的输出值就可以了。

加入低通滤波算法对PID控制块有什么影响呢?我们来看一个对比实验。

实验是给反馈值加一个干扰量，在其它条件都一样的情况下，分别观察没有低通滤波与带有低通滤波PID控制效果。

·左边的程序代码不带低通滤波，偏差值等于设定值减去反馈值。

·右边的程序代码带有低通滤波，偏差值等于设定值减去滤波后的反馈值。

对比一下两种算法的Trace曲线。

其中红色线是PID块的输出值，绿线是PID块的微分值，蓝色线是PID块实际值。可以看到，在反馈值突变的瞬间，

·左边不带低通滤波的微分值达到了-170多，从而导致输出值到达低限0.

·而右边带有低通滤波的微分值Zui多也就达到-17，输出值也只有30，没有超过低限。因为无法人为避免反馈值的突变，为PID系统添加低通滤波是很有必要的。

死区控制

除了滤波，还要添加死区控制。

上一节课说到死区控制有两种方法，第一种方法比较简单。

编程实现控制逻辑︰

如果输入值X大于负边界，并且小于正边界，输出值等于0，否则输出等于输入。

第二种方法比较复杂一点，

如果输入×大于负边界，并且小于正边界，输出等于0。否则,

当×大于正边界时输出丫等于X-边界juedui值，当X小于负边界时，y等于x加边界juedui值。

同理进行比对实验，在其它条件都一样的情况下为系统加一个反馈值干扰量，观察这两种方法的效果。因为方法1和方法2都已经做成了FB块，调用不同的功能块就可以分别实现两种方法

仍然使用Trace功能来对比两种方法。

图中红色线是偏差值，蓝色线是PID微分值，绿色线是PID输出。

可以很明显的看到在死区边界，方法1由于偏差值的突变，引起微分值的突变，从而导致PID输出值震荡。方法﹖偏差值就没有明显的突变，不会引起微分值的异常。

积分抗饱和

具体的算法程序是:

当偏差为正，并且超过输出上限的情况下，或者偏差为负，并且超过下限的情况h冻结积分操作。

否则，积分操作正常执行。

同理进行比对实验，在其它条件都一样的情况下为系统加一个反馈值干扰量，观察积分抗饱和的作用。

Trace图中红线是设定值与反馈值的偏差值，蓝线是PID的积分值，绿线是PID输出值。

可以看到如果取消积分抗饱和，输出达到高限时，积分值继续增长，只有偏差值为负后才开始减小，而带有抗饱和在输出到达高限时，积分值不变。

Zui直接的结果就是：

在其它条件都相同的情况下，注释掉抗饱和PID输出值在25秒之后才趋于稳定，而带有抗饱和在20秒滞后就基本稳定了。

输出限制程序

我们在看看输出限制的程序:

程序只是单纯的逻辑判断，没有数学计算，

如果输入×大于上极限Y=上极限，并且置位上极限到达标志。否则如果×小于下极限Y=下极限，兵器置位下极限标志。否则Y=x。

无忧切换

Zui后来看一看无扰切换的程序。

先看自动到手动的无扰切换，当PID处于自动模式时，把输出值给到手动值。注意程序中这个MOVE指令是有条件的，只有自动时才执行。

手动到自动的无扰切换比较麻烦一些，需要在PID控制块中增加代码。具体原理我们上一节已经讲过，这里只讲如何编程实现。

当手动模式激活即manualOn为TRUE时:

输出中间静态变量statValue等于手动输入值;

计算偏差积分值临时变量tempIntValue ;

使用积分块的设置功能，将tempIntValue设置成积分值。

下面，通过实验说明无扰切换的效果。实验的环境是这样的:

设定值设备50，PID块为手动模式，这时的手动值时20，输出值也是20.在这些条件下，把PID模式切到自动，观察系统的反应。

Trace图中:

红线时PID输出，棕色线是PID积分值，粉色线是设定值反馈值偏差，蓝色线是手自动模从图中可以看到当PID模式切换到自动的瞬间︰

左侧，注释掉无扰切换的PID输出有一个跳变，而带有无扰切换的PID输出则很平滑。

原因在于PID在上一次自动模式切换到手动时，保留了一个48上白的N刀iafaninanasas

如果没有无扰切换，当PID切换到自动时，积分值从这个48开始计算，这会对PID输出造成影响。

如果带有无扰切换，在手模式时，这个保留的积分值会被计算的积分值替换。切换到自动时不会影响PID的输出。