PID算法的输出结果如何转换成pwm

Question

问题

嵌入式PID算法的输出结果是如何转换成pwm控制的

遇到的现象和发生背景

我现在在开发中需要运用到pid算法，主要是压力传感器和流量传感器，pwm主要控制的是比例阀，控制着流量的大小，而流量也会影响输出端的压力大小，现在反馈的是传感器压力的值和我设定的压力值之间的差值作为e(k)

如下是我现在的pid主要代码流程

//根据增量式离散PID公式
//▲u(k) =  Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
//pwm+=Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
//e(k)代表本次偏差 
//e(k-1)代表上一次的偏差  以此类推 
//e(k-2)代表上上次的偏差
//pwm代表增量输出
typedef struct PID
{ 
  float kp;
  float ki;
  float kd;
  float ek;     //当前误差
  float ek_1;   //上一次误差
  float ek_2;   //上上一次误差
  float limit;  //限幅
  float pid_out;   //pid增量累加和
  //float ek_sum; //误差总和
}PID;

static PID pid;

void PID_Init()
{
    pid.kp = 5;             //这个接口后续调出方便调试使用
    pid.ki = 0.25;
    pid.kd = 3;
    pid.limit = 1000;
    pid.ek = 0;
    pid.ek_1 = 0;
    pid.ek_2 = 0;
    pid.pid_out = 0;
}

// 增量式PID控制
float PID_Increase(int Encoder,int Target)
{
    float delta_pwm = 0;
    pid.ek = Target - Encoder; // 计算当前误差
    //pid.ek_sum += pid.ek;      //求出偏差的积分
    delta_pwm = pid.kp*(pid.ek - pid.ek_1) + pid.ki*pid.ek + 
    pid.kd*(pid.ek - 2*pid.ek_1 + pid.ek_2);   //增量式PID控制器
    pid.ek_1 = pid.ek;   //保存上一次偏差 
    pid.ek_2 = pid.ek_1; //保存上上一次的偏差
    if(pid.pid_out > pid.limit) //这段判断后续再做判断要不要
    {
      delta_pwm =  pid.limit;
    }
    else if(pid.pid_out < -pid.limit)
    {
      delta_pwm =  -pid.limit;
    }
    pid.pid_out += delta_pwm;
    return pid.pid_out;
}

我的解答思路和尝试过的方法

这是我的PID流程图

我想要达到的结果，如果你需要快速回答，请尝试 “付费悬赏”

我现在想知道我用PID增量算法得出来的结果那个数值，是怎么转换成pwm 0-100的开合度的？是不是有一个比例系数？是如何计算的？
我这流量和压力两个参数是不是要用串级pid好一点

Answer 1

该回答通过自己思路及引用到GPTᴼᴾᴱᴺᴬᴵ搜索,得到内容具体如下：
将PID算法的输出结果转换为PWM控制信号的方式通常是通过映射函数来实现。PWM信号的占空比（duty cycle）通常是在0到100之间的百分比，表示开合度。您可以使用以下方法将PID算法的输出映射到PWM占空比范围：

1、 确定PID输出的范围：根据您的具体应用和系统要求，确定PID输出的最小值和最大值，例如`outputMin`和`outputMax`。

2、 缩放PID输出：将PID的输出值缩放到0到100之间的范围。可以使用以下公式：


   scaledOutput = (pidOutput - outputMin) * (100.0 / (outputMax - outputMin))

   ``scaledOutput`是缩放后的输出值，`pidOutput`是PID算法的输出值。

3、 限制PWM占空比范围：根据PWM的要求，将缩放后的输出值限制在0到100之间，以确保PWM占空比的有效范围。可以使用以下代码：

   if (scaledOutput > 100.0) {
     scaledOutput = 100.0;
   } else if (scaledOutput < 0.0) {
     scaledOutput = 0.0;
   }

4、 将缩放后的输出值作为PWM占空比应用于控制信号。具体的应用方法取决于您所使用的嵌入式平台和硬件接口。您可能需要查阅相关文档或资料以了解如何使用PWM模块或函数来生成相应的PWM信号。

关于您提到的流量和压力两个参数是否需要使用串级PID，这取决于您的系统要求和控制目标。串级PID可以在多个级别对系统进行控制，其中一个PID控制器的输出作为另一个PID控制器的输入。通过串级PID，您可以更好地处理多个物理量之间的相互影响和耦合关系。根据您的应用需求和系统特性，您可以考虑使用串级PID来实现更高级别的控制和优化。

请注意，上述代码和方法仅供参考，并根据实际情况进行调整和修改。具体的实现方式可能会因嵌入式平台、硬件接口和应用要求的差异而有所不同。

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如果以上回答对您有所帮助，点击一下采纳该答案～谢谢

Answer 2

1、PID增量算法得出来的结果那个数值不应该是个差值吗？它反应的是当前系统与目标之前的差距，不是直接对应0-100的结果的；
2、是不是有一个比例系数？没有
3、是如何计算的？是指pwm对应的阀的开合度？如果指的是这个的话，看下阀的产品规格书或者自己测试下就知道了；
4、流量和压力两个参数是不是要用串级pid好一点？流量和压力之间是不是有对应关系，有的话，本质上控制一个就可以了，没有的话无法同时控制

Answer 3

通过PID的测试数据，将PID输出映射到合适的范围。PID算法的输出通常是一个连续的数值，将其映射到PWM占空比的范围内。例如，假设PID输出范围为[-100, 100]，而PWM占空比范围为[0, 100]，则可以通过线性映射将PID输出映射到PWM占空比范围内

Answer 4

【以下回答由 GPT 生成】

如何将PID算法的输出结果转换为PWM控制信号？

1. 如何将PID算法的输出结果转换成0-100的PWM开合度？

在将PID算法的输出结果转换为0-100的PWM开合度之前，首先需要了解一下PWM控制信号的工作原理。

PWM (Pulse Width Modulation) 是一种调制技术，通过控制脉冲的宽度来实现对电平的调节。一般来说，PWM的周期是一定的，而占空比则表示高电平的占整个周期的百分比。因此，我们可以利用PID算法的输出结果来实现对PWM占空比的控制。

具体的转换步骤如下： - 首先，确定PID控制输出的范围。假设PID控制输出的范围是[-1000, 1000]。 - 然后，根据PWM的工作周期，计算出PID控制输出的比例系数。假设PWM的周期是10 ms，那么比例系数就是 100 / 1000 = 0.1 。 - 最后，将PID算法的输出乘以比例系数，并加上 50 ，即可得到0-100的PWM占空比。

下面是具体的代码实现：

# 假设PID控制输出的范围是[-1000, 1000]
pid_output = ... # 这里是PID算法的输出结果

# 假设PWM的周期是10 ms
pwm_period = 0.01

# 计算比例系数
scale_factor = 100 / 1000

# 将PID算法的输出转换为PWM占空比
pwm_duty_cycle = pid_output * scale_factor + 50

# 输出PWM占空比
print("PWM占空比：", pwm_duty_cycle)

这样，你就可以将PID算法的输出结果转换为0-100的PWM开合度了。

2. 是否存在一个比例系数来进行转换？如果是的话，如何计算这个比例系数？

是的，存在一个比例系数来进行转换。这个比例系数取决于PID算法的输出范围和PWM的周期。

假设PID算法的输出范围是[PID_min, PID_max]，PWM的周期是T，那么比例系数可以通过以下公式计算得出：

比例系数 = PWM占空比总范围 / (PID_max - PID_min)

其中，PWM占空比总范围就是你想要的PWM占空比的范围，比如0-100。

具体的代码实现如下：

# 假设PID算法的输出范围是[PID_min, PID_max]
PID_min = -1000
PID_max = 1000

# 假设PWM的周期是10 ms
pwm_period = 0.01

# 假设PWM占空比的范围是0-100
pwm_duty_cycle_range = 100

# 计算比例系数
scale_factor = pwm_duty_cycle_range / (PID_max - PID_min)

# 输出比例系数
print("比例系数：", scale_factor)

3. 是否需要使用级联PID来更好地控制流量和压力这两个参数？

根据问题描述，你需要同时控制流量和压力这两个参数，那么在实际应用中，考虑使用级联PID可以更好地实现这个目的。

级联PID控制是一种将多个PID控制器串联起来，通过优先级的方式控制不同的参数。在该情况下，可以设计两个独立的PID控制回路，一个用于控制流量，另一个用于控制压力。

具体的控制框图如下：

               +-------------+
  Setpoint  -->|   Flow PID  |
               |             |--> Flow Control
               +-------------+
                    | 
    Flow      ------+
  Measurement
                    |
               +-------------+
  Setpoint  -->| PressurePID |
               |             |--> Pressure Control
               +-------------+
                    |
    Pressure  ------+
  Measurement

其中，流量和压力各自有一个独立的PID控制回路，分别负责控制流量和压力。流量控制和压力控制之间存在耦合关系，当流量变化时会影响压力，然后压力又反过来影响流量。通过使用级联PID控制，可以更好地处理这种耦合关系，提高控制的准确性和稳定性。

希望以上解答对你有所帮助，如果有任何问题，请随时提问。

如果你已经解决了该问题, 非常希望你能够分享一下解决方案, 写成博客, 将相关链接放在评论区, 以帮助更多的人 ^-^

Answer 5

限制PWM值

if (pwm_value < 0) {
    pwm_value = 0;
} else if (pwm_value > pwm_range) {
    pwm_value = pwm_range;
}

Answer 6

引自GPT
根据你的描述，你正在使用PID算法来控制比例阀的输出，以调节流量。你的问题是如何使用PID算法的输出结果（一个浮点数）转换成PWM信号的0-100开合度。

首先，PID算法的输出结果是一个误差值，这个误差值是通过计算当前偏差（e(k)）与上一次和上上一次的偏差之和得到的。然后，这个误差值被用来调整比例阀的输出，即pwm的值。

要将PID算法的输出结果转换为PWM信号的0-100开合度，你需要设定一个比例系数。这个比例系数可以根据你的需求和系统的特性来设定。例如，如果你希望压力在0-100%范围内变化时，流量也在0-100%范围内变化，那么你可以将比例系数设置为100。这样，当PID算法的输出结果为0时，PWM信号的开合度为0%，当PID算法的输出结果为1时，PWM信号的开合度为100%。

代码示例：

float PID_Out = PID_Increase(Encoder, Target); // PID算法的输出结果
float pwm = PID_Out * 比例系数； // 将PID算法的输出结果转换为PWM信号的开合度

至于你提到的流量和压力两个参数是否要用串级PID好一点，这取决于你的系统特性和需求。串级PID是一种特殊的控制策略，它将两个独立的PID控制器串联起来，可以提高系统的响应速度和稳定性。但是，串级PID的控制逻辑相对复杂，需要对系统的特性有深入的理解。如果你的系统对响应速度和稳定性要求较高，且你对串级PID的控制逻辑有足够的理解，那么可以考虑使用串级PID。否则，你也可以先尝试使用单个PID控制器，看其效果如何，再决定是否需要使用串级PID。

Answer 7

结合GPT给出回答如下请题主参考
将PID算法的输出转换成PWM控制信号的具体步骤如下：

1. 将PID算法输出进行缩放，将输出映射到0-100%的范围内，即将输出值乘以一个比例系数，常用的比例系数为100。

2. 根据PWM的调制方式，将缩放后的PID输出值转换成一个占空比（duty cycle），通常采用百分比表示。

3. 将PWM信号发送到比例阀的控制器中，使其控制阀门的开度，进而控制流量的大小。

下面是示例代码，展示如何将PID输出转换成PWM控制信号：

#define PWM_PERIOD 1000  // PWM周期为1000us
#define PID_SCALE 100    // PID输出缩放系数为100

double pid_output;  // PID算法输出值
uint32_t pwm_duty;  // PWM占空比

// 将PID输出值转换成PWM占空比
pwm_duty = (uint32_t)(fabs(pid_output) * PID_SCALE);
if (pwm_duty > 100) {
    pwm_duty = 100;
}

// 根据PWM周期和占空比生成PWM信号，发送到比例阀的控制器
pwm_start(PWM_CHANNEL, PWM_PERIOD, pwm_duty);

上述代码中，pwm_start()函数是一个示意用的函数，用于启动PWM信号输出。具体实现方式可以根据具体的硬件平台和驱动库来确定。

Answer 8

把pid输出乘上pwm_max/pid_max_out