电机控制中的PID

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本文详细介绍了电机控制中使用的增量式PID控制算法，包括抗积分饱和PID、传统增量式PID和back-cal PID三种方法，并提供了相应的C代码实现。此外，还推荐了一些学习资源。

电机控制中的PID

FOC算法中的电流环，速度环都涉及到PID控制

PID又分位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，而个人认为在电机控制中使用增量式PID效果会更好一些。下面主要介绍几种增量式PID控制算法及C代码实现。

1.抗积分饱和PID

1.1AN1078文档中的PID

PI结构框图和原理
在这里插入图片描述
C代码实现：

//电流环D轴PI控制
void PI_Control_D( PID_ID_TypeDef *dParm)
{
	int32_t U,Excess;
	U = (dParm->Id_Sum + dParm->Id_Kp*dParm->Id_Err)>>12;
	if(U > dParm->Id_OutMax)
	{
		U = dParm->Id_OutMax;
	}
	else if(U < dParm->Id_OutMin)
	{
		U = dParm->Id_OutMin;
	}
	else
	{
		dParm->Id_Out = U;
	}
	Excess = U - dParm->Id_Out;
	dParm->Id_Sum = dParm->Id_Sum + dParm->Id_Ki*dParm->Id_Err - dParm->Id_Kc*Excess;
}

1.2传统增量式PID

离散化公式：
在这里插入图片描述
C代码实现：

int16_t PIDControl_Q(PID_IQ_TypeDef * PID, int16_t Ref, int16_t Cur)
{
	int32_t Kp_Out, Ki_Out, PID_Out,PID_Out_Last;
    if (!PID->Iq_Err)
    {
    	PID->Iq_Err = Ref - Cur;                               // 初始化PID当前偏差
    	PID->Iq_Err_Err = PID->Iq_Err - PID->Iq_Err_Last1;           // 初始化PID上次偏差和上上次偏差之差
    	PID->Iq_Err_Last1 = Ref - Cur;                         // 初始化PID上次偏差
    	PID->Iq_Err_Err_Last1 = PID->Iq_Err_Err;

    }
    else
    {
        PID->Iq_Err_Last1 = PID->Iq_Err;                                    // 保存PID上次偏差
        PID->Iq_Err = Ref - Cur;                                         // 计算PID当前偏差
        PID->Iq_Err_Err = PID->Iq_Err - PID->Iq_Err_Last1;                     // 计算PID上次偏差和上上次偏差之差
    }

    Kp_Out = ((int32_t)PID->Iq_Kp * (int32_t)PID->Iq_Err_Err)>>12;
    Ki_Out = ((int32_t)PID->Iq_Ki * (int32_t)PID->Iq_Err)>>12;
    PID_Out = PID->Iq_Out;
    PID_Out += Kp_Out + Ki_Out;


    if (PID_Out > PID->Iq_OutMax)
    {
        PID_Out = PID->Iq_OutMax;                                         // PID最高输出
    }

    if (PID_Out < PID->Iq_OutMin)
    {
        PID_Out = PID->Iq_OutMin;                                          // PID最低输出
    }

    PID->Iq_Out = PID_Out;
    return PID->Iq_Out;
}

1.3back-cal PID

结构框图：
在这里插入图片描述
C代码实现：

/**
 *  PI controller
 * */
static float _pi(struct BackCalPID *that, float err)
{
    that->i_err = err;

    own.m_pre_out = that->i_err * own.m_kp + own.m_sum;

    that->o_out = own.m_pre_out;

    /*output clamp*/
    if (that->o_out > own.m_out_up)
    {
        that->o_out = own.m_out_up;
    }
    else if (that->o_out < own.m_out_low)
    {
        that->o_out = own.m_out_low;
    }

    /*back-cal dynamic Integrator clamp*/
    own.m_sum += that->i_err * own.m_ki + own.m_kc * (that->o_out-own.m_pre_out);

    return that->o_out;
}

上述具体的PID.c/.h文件链接：
https://download.youkuaiyun.com/download/strive3/87124205

以上几种PID控制算法均可以实现电机控制中的电流环，速度环PI控制。