FastPID：快速、高效的32位定点PID控制器

FastPID：快速、高效的32位定点PID控制器

FastPID A fast, integer based PID controller suitable for Arduino. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fa/FastPID

项目介绍

FastPID 是一款专为 Arduino 设计的快速、高效的32位定点PID控制器。它通过避免昂贵的浮点运算，提供比其他Arduino PID解决方案更快的性能。FastPID 允许用户使用浮点系数进行配置，然后将其内部转换为定点格式，从而在运行时节省时间。这一特性对Arduino等资源受限的平台尤为重要。

项目技术分析

FastPID 的核心优势在于其定点运算的设计，它能够有效减少在PID计算中的资源消耗。传统的PID控制器使用浮点数进行计算，这通常需要更多的CPU资源和时间。FastPID 通过将浮点系数转换为16位定点系数，避免了这些额外的计算开销。此外，FastPID 允许用户自定义输出范围和输出配置，提供了更大的灵活性和适应性。

技术细节

• 定点运算：使用16位定点系数进行计算，减少了浮点运算的开销。
• 参数配置：用户可以设置比例（P）、积分（I）、微分（D）系数以及控制器的执行频率。
• 输出配置：支持自定义输出宽度和符号，以适应不同的应用场景。

项目技术应用场景

FastPID 由于其高效的性能和易于配置的特点，适用于多种需要快速反馈和精确控制的场景。以下是一些典型的应用场景：

• 温度控制：例如，在精确的温度控制系统中，如恒温箱或烘焙机。
• 位置控制：如机器人臂或无人机的精确位置控制。
• 速度控制：在电机控制或速度调节系统中，保持稳定的速度。

项目特点

FastPID 的以下特点使其在Arduino开发社区中脱颖而出：

• 性能优化：通过避免浮点运算，提供更快的性能。
• 灵活配置：支持自定义PID系数和输出配置，适应不同的应用需求。
• 错误检测：提供配置错误的检测和清除功能，确保系统稳定运行。
• 简化API：API设计简洁明了，易于理解和集成。

性能对比

FastPID 在Arduino UNO上的基准测试显示，其执行时间远低于其他流行的Arduino PID库。例如，FastPID 在某些配置下的步进时间仅为约64微秒，而其他库的步进时间平均在90-100微秒之间。

使用示例

以下是一个使用FastPID控制Arduino系统的简单示例：

#include <FastPID.h>

#define PIN_INPUT     A0
#define PIN_SETPOINT  A1
#define PIN_OUTPUT    9

float Kp=0.1, Ki=0.5, Kd=0.1, Hz=10;
int output_bits = 8;
bool output_signed = false;

FastPID myPID(Kp, Ki, Kd, Hz, output_bits, output_signed);

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  if (myPID.err()) {
    Serial.println("存在配置错误！");
    for (;;) {}
  }
}

void loop()
{
  int setpoint = analogRead(PIN_SETPOINT) / 2; 
  int feedback = analogRead(PIN_INPUT);
  int ts = micros();
  uint8_t output = myPID.step(setpoint, feedback);
  int tss = micros();
  analogWrite(PIN_OUTPUT, output);
  Serial.print("FastPID 微秒: "); 
  Serial.print(tss - ts);
  Serial.print(" 设定值: "); 
  Serial.print(setpoint); 
  Serial.print(" 反馈值: ");
  Serial.print(feedback);
  Serial.print(" 输出: ");
  Serial.println(output);
  delay(100);
}

通过上述示例，可以看出FastPID的集成和配置非常直观。用户只需要设置相关的PID系数和输出配置，即可在Arduino项目中实现高效的PID控制。

总结而言，FastPID 是一款适用于Arduino平台的高性能PID控制器，它通过定点运算优化了性能，同时提供了灵活的配置选项，使其成为各种控制应用场景的理想选择。

FastPID A fast, integer based PID controller suitable for Arduino. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fa/FastPID