STM32單片機(jī)PID加溫項(xiàng)目的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)與心得分享

ID:161657 · 發(fā)表于 2020-3-4 13:28

平時(shí)很少上論壇，偶爾查查資料的時(shí)候才會(huì)上來(lái)看看，廢話不多說(shuō)了直入主題吧(在隔壁的論壇有一個(gè)一模一樣的帖子，也是我發(fā)表的�。�！，這里強(qiáng)調(diào)一下只是為了避免誤會(huì)。。。。)

手上有一個(gè)項(xiàng)目需要有加熱功能(目標(biāo)65℃左右)，剛開(kāi)始也沒(méi)怎么在意，最開(kāi)始只是想著一個(gè)普通的加熱功能無(wú)非就是接近目標(biāo)溫度的時(shí)候開(kāi)始間段加溫（類(lèi)似發(fā)光二極管閃爍的狀態(tài)），等到了實(shí)際加熱的時(shí)候發(fā)現(xiàn)用這種方法可以控溫，但是控溫上下幅值過(guò)高，雖說(shuō)項(xiàng)目對(duì)精度要求不高，個(gè)人有點(diǎn)強(qiáng)迫癥，想著要做就做好，然后在網(wǎng)上查詢(xún)了一下控溫方式的幾種算法，基本上90%的都是用PID，好那就開(kāi)始著手研究PID了，查閱了大量的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)PID的原理也懂了(能查到的都是通篇大道理，可是能實(shí)際應(yīng)用的少之又少)，關(guān)于PID的算法網(wǎng)上也是一大堆，說(shuō)實(shí)話我也看不懂，也沒(méi)心思取研究他的算法，干脆直接在網(wǎng)上找源代碼好了，源代碼倒是很多，大部分都不是很完善,沒(méi)辦法只要算法是正確的就行了，有了算法，具體怎么用就只能靠自己寫(xiě)了。

下面開(kāi)始直入核心階段
1：什么是PID，PID的發(fā)展史，，這些問(wèn)題自行百度，我只簡(jiǎn)單的描述一下，比如設(shè)定65℃，當(dāng)溫度上升到60℃的時(shí)候開(kāi)始啟用PID加熱方式，然后由PID進(jìn)行溫度控制，因?yàn)橛蠵ID的存在，實(shí)際溫度會(huì)在65℃上下浮動(dòng)，浮動(dòng)的精度由多種因素決定。精度控制在+-0.5℃還是很好控制的。
2 ：PID公式，PID公式網(wǎng)上也是一搜一大把，我也看不懂，在網(wǎng)上找到了PID公式的源代碼那就不需要研究他是怎么計(jì)算的，沒(méi)什么意義，就跟1+1為什么等于2一樣，我們要用的是公式計(jì)算出來(lái)的值，至于為什么得到了這樣的一個(gè)值不是我們所關(guān)心的，這個(gè)值具體怎么用在網(wǎng)上能找到的相關(guān)問(wèn)題很少，至少我是沒(méi)找到的，后來(lái)經(jīng)過(guò)我反復(fù)印證，PID公式計(jì)算出來(lái)的這個(gè)值是一個(gè)任意值，所謂的任意值指的是我想要一個(gè)什么樣的結(jié)果就讓PID計(jì)算出什么樣的結(jié)果，比如，我要讓PID輸出的結(jié)果在0-100也可以，0-1000-10000-50000都可以，包括輸出負(fù)數(shù)也是可以的，PID核心的東西是我們要用到的這個(gè)值，既然這個(gè)值是由我們來(lái)控制的，那么我就把這個(gè)值控制在0-100，這個(gè)值我們已經(jīng)決定好了，這個(gè)值怎么應(yīng)用到實(shí)際工程當(dāng)中呢？
我的目標(biāo)溫度是65℃，實(shí)際溫度<=60的時(shí)候由單片機(jī)持續(xù)輸出低電平信號(hào)(持續(xù)加熱)，
當(dāng)溫度>=60.1℃的時(shí)候開(kāi)始用PID加熱方式，所謂的PID加熱方式就是，把PID計(jì)算出來(lái)的值用作加熱的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間怎么對(duì)應(yīng)呢，剛剛我們提到過(guò)PID的值由我們決定讓他的結(jié)果在0-100之內(nèi)，然后我們利用定時(shí)器設(shè)置一個(gè)定時(shí)時(shí)間在10毫秒鐘的加熱周期(這里按照自己實(shí)際項(xiàng)目來(lái)調(diào)整，只能先進(jìn)行測(cè)試之后得到一個(gè)大概值，在結(jié)合實(shí)際情況來(lái)調(diào)整)，當(dāng)PID算出來(lái)的結(jié)果是100，那么就是加熱10ms*100(也就是持續(xù)加熱1秒中)，當(dāng)PID的值是25的時(shí)候就是加熱10*25=250ms(還有750ms是處于不加溫的時(shí)間段)，這個(gè)時(shí)候PID的值和加熱的時(shí)間已經(jīng)對(duì)應(yīng)上了，這個(gè)不難理解，到了這里PID這個(gè)公式本身也算是講完了，但是在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候還有非常多的問(wèn)題，這次一并把個(gè)人所得得經(jīng)驗(yàn)也分享出來(lái)，剛剛講到到了60.1℃就開(kāi)啟PID算法(開(kāi)啟就是讓PID公式計(jì)算一次，得到一個(gè)值，既然是要讓PID自行控溫，那么就需要不停得讓PID進(jìn)行計(jì)算，一旦PID得值發(fā)生了變化，控制加熱得時(shí)間也就變化了，那么PID多長(zhǎng)時(shí)間計(jì)算一次呢，這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有人能回答，只能說(shuō)按照實(shí)際工程來(lái)調(diào)整，我測(cè)試加熱得時(shí)候是每2秒中計(jì)算一次，如果用在電機(jī)上進(jìn)行調(diào)速2秒中計(jì)算一次肯定不行，調(diào)速的話肯定是毫秒級(jí)別了)，
3：PID參數(shù)的調(diào)整，第2部分所以的功能已經(jīng)完善了，但是要想達(dá)到很高的精度還得進(jìn)行PID的三個(gè)參數(shù)調(diào)整，P值，I值，D值，這個(gè)三個(gè)參數(shù)調(diào)整也是最費(fèi)時(shí)間的，也是最難調(diào)整的，我也是查閱了大量相關(guān)資料才慢慢調(diào)出來(lái)，前前后后調(diào)了3天，第4天才算是穩(wěn)定下來(lái)了。
說(shuō)一下我的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)吧，首先調(diào)P值，I和D全部設(shè)定為0，P值可以從1開(kāi)始調(diào)，慢慢加，調(diào)到什么樣才算正常呢？還是拿我的經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)吧，目標(biāo)溫度65℃，當(dāng)PID控制溫度在65℃上下徘徊的時(shí)候就是最佳狀態(tài)(我的實(shí)際情況是P值設(shè)定為15的時(shí)候，最高溫度是在66.3，最低溫度在63.9)，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是P值調(diào)到在目標(biāo)值在設(shè)定值上下徘徊的時(shí)候就對(duì)了（徘徊幅度越小越好）。
好了這個(gè)時(shí)候就開(kāi)始調(diào)整I值，I值得設(shè)定也是和P值一樣，慢慢調(diào)試，我剛開(kāi)始是從1開(kāi)始往上加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個(gè)PID都失去控制了，因?yàn)槭堑谝淮斡肞ID也是沒(méi)經(jīng)驗(yàn)，查了資料才知道I值一般都是很小，然后開(kāi)始從0.1開(kāi)始調(diào)整，反正就是一直調(diào)整呢，最后把I值調(diào)整在0.05的時(shí)候溫度已經(jīng)很平穩(wěn)了，這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H溫度穩(wěn)定在64.5-65.4之間了，和沒(méi)有I值得時(shí)候相對(duì)穩(wěn)定一些了，關(guān)鍵得問(wèn)題是時(shí)間越長(zhǎng)越穩(wěn)定，個(gè)人覺(jué)得I值調(diào)整是在P值得基礎(chǔ)上讓實(shí)際溫度和無(wú)限接近設(shè)定溫度(上下浮動(dòng)越小越好)，I值確定了，開(kāi)始調(diào)D值，D值調(diào)整的目的是為了彌補(bǔ)PID因?yàn)榄h(huán)境溫度變化或者是加熱器件的功率變化導(dǎo)致控溫誤差變大而來(lái)的，所以我在調(diào)整D值得時(shí)候拿一個(gè)扇子給加熱器件進(jìn)行加速散熱，后來(lái)把D值確定在0.03的時(shí)候發(fā)現(xiàn)用扇子額外散熱和不用扇子的已經(jīng)沒(méi)有什么區(qū)別了。調(diào)完I值得時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)D值調(diào)不調(diào)整感覺(jué)意義也不大了，之前查到得資料D值得作用就是能預(yù)測(cè)未來(lái)(預(yù)測(cè)未來(lái)是個(gè)人得一個(gè)理解，這也是PID得精華所在)，這個(gè)所謂得預(yù)測(cè)未來(lái)的值，是當(dāng)外界加熱環(huán)境或者加熱功率發(fā)生了變化依然不影響之前所調(diào)整得精度，比如你夏天調(diào)好得精度，不會(huì)因?yàn)榈搅硕於尵劝l(fā)生了變化，當(dāng)然了這個(gè)也不是絕對(duì)得，比如你之前用的是100W得加熱方式在調(diào)整，你突然把加熱器換成2000W的加熱器，那肯定是不行的，也沒(méi)有哪個(gè)PID算法能做到這么大的范圍讓它自動(dòng)調(diào)整（串級(jí)PID估計(jì)可以達(dá)到這個(gè)條件）。
//-----------------------------------
4：下面開(kāi)始分享PID源代碼是怎么使用的，
float pid_p;//P值
float pid_i;//I值
float pid_d;//D值
unsigned intZLG_pid_val_mid;//PID計(jì)算的值存放變量，
/************************ZLG_PID控制算法*************/
void ZLG_PID()
{

  int dError=0,Error=0,B;
      //---------------------
      Error=ZLG_SpeedSet-ZLG_CurrentSpeed;//當(dāng)前誤差 //PID算法第一步設(shè)定轉(zhuǎn)速減去當(dāng)前轉(zhuǎn)速賦值給 Error
ZLG_sumError=Error+ZLG_sumError;//誤差和
dError=Error-ZLG_lastError;//誤差偏差
ZLG_lastError=Error;
B=pid_p*Error+pid_i*ZLG_sumError+pid_d*dError;
               //----------------------
      if(B>100)
               ZLG_pid_val_mid=100;//pid_val_midPWM占空比寬帶/
      //--------------------
  if(B<0)
                  ZLG_pid_val_mid=0;// PWM占空比寬帶
      //----------------------
      if(B>=0&&B<=100)
ZLG_pid_val_mid=B;//PID計(jì)算出來(lái)的值存放在這里，

}
這個(gè)函數(shù)就是PID的核心，每調(diào)用一次就進(jìn)行一次PID的計(jì)算(每計(jì)算一次也就會(huì)得到一個(gè)PID計(jì)算出來(lái)的值，這個(gè)值就是我上面提到的加熱時(shí)間)

PID本身的計(jì)算方法這里就已經(jīng)完成了，但是這個(gè)值具體怎么使用呢，PID本身又該怎么調(diào)用呢？
我這里用到了2個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器1每隔2秒中進(jìn)行一次PID運(yùn)算(2秒中的時(shí)間也是我調(diào)試出來(lái)的，具體項(xiàng)目具體調(diào)整)，代碼如下：
if(TIM4->SR&0X0001)//溢出中斷
      {
               P0_xin_hao_Time++;//P0信號(hào)燈閃爍
               //----------------------------
               //ZLG  PID運(yùn)算
               if(biao_zhi_wei.ZLG_PID_kai_guan==1)//ZLGPID啟動(dòng)了，溫度到了60.1℃開(kāi)始進(jìn)行PID計(jì)算
               {
                        ZLG_PID_Time++;//PID計(jì)算周期變量
                        if(ZLG_PID_Time>=2)//定時(shí)器1秒進(jìn)入一次中斷 2次就是2秒,所以每隔2秒做一次PID運(yùn)算。
                        {
                                 ZLG_PID_Time=0;//清0
                                 ZLG_PID();//每2秒中計(jì)算一次ZLG_PID的值
                        }
               }
}
這是STM32的代碼。
我這里只貼出了運(yùn)算，具體定時(shí)器啟動(dòng)的設(shè)置就不貼出來(lái)了，大概原理就是當(dāng)溫度到了60.1℃定時(shí)器1開(kāi)始啟動(dòng)，每隔2秒中產(chǎn)生一次中斷，在中斷里面進(jìn)行一次PID運(yùn)算，這個(gè)非常簡(jiǎn)單。
定時(shí)器2做為加熱時(shí)間的判斷(類(lèi)似于PWM)，通樣只貼出部判斷部分代碼，代碼如下：
               if(biao_zhi_wei.ZLG_PID_kai_guan==1)//ZLGPID啟動(dòng)了，溫度到了60.1℃之后進(jìn)行加熱時(shí)間的判斷
               {

                                 ZLG_c++; //每次定時(shí)器溢出加1
                                    //ccc=ZLG_c;
                                 if(ZLG_pid_val_mid>=ZLG_c)
                                 {
                                             ZLG_LED=0;
                                             //BEEP=0;
                                 }
                                 if(ZLG_pid_val_mid<ZLG_c)
                                 {
                                             ZLG_LED=1;
                                 //    BEEP=1;

                                 }
                                 if(ZLG_c>=100)
                                 {
                                             ZLG_c=0;
                                             //ccc=ZLG_c;
                                 }
                        }
}
這段代碼的原理就是，每產(chǎn)生一次中斷（中斷時(shí)間10ms）計(jì)數(shù)器+1(自己定義的一個(gè)變量)，當(dāng)PID的值>=PID計(jì)算出來(lái)的值那就輸出低電平(開(kāi)啟加熱)，反過(guò)來(lái)就是輸出高電平了，如果PID計(jì)算出來(lái)得值超過(guò)了100，那就持續(xù)加熱就完了.
到了這里，PID得所有東西都講完了，PID本身也不是很難，只要知道怎么用剩下得就是慢慢調(diào)整了，而且用在加熱上面算是最簡(jiǎn)單了。
簡(jiǎn)單的敘述一下PID的加熱原理
1：當(dāng)目標(biāo)溫度接近設(shè)定溫度(我設(shè)計(jì)的是相差5)開(kāi)啟PID運(yùn)算
2：定時(shí)器1每隔2秒中產(chǎn)生一次PID運(yùn)算(這個(gè)時(shí)間實(shí)際情況調(diào)整)
3：定時(shí)器2每隔10ms產(chǎn)生一次中斷并做記錄(也是實(shí)際情況調(diào)整)，PID計(jì)算出來(lái)的值和記錄值想比較，時(shí)間到了就切換加熱或者不加熱
前3條整個(gè)PID的動(dòng)作都完成了，剩下的就是調(diào)整PID的  P  I D三個(gè)參數(shù)
調(diào)整方法
先調(diào)P值，效果達(dá)到實(shí)際溫度在目標(biāo)溫度上下徘徊，徘徊浮動(dòng)越小越好，此時(shí)P值調(diào)完，
再調(diào)I值，I值非常，我調(diào)整的是0.05，這個(gè)時(shí)候在調(diào)整I值得時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際溫度和目標(biāo)溫度非常接近，上下浮動(dòng)也是非常小，直至達(dá)到要求。
最后調(diào)D值，P和I調(diào)完后我發(fā)現(xiàn)D調(diào)不調(diào)精度都是很好，后來(lái)查到D值得作用就是能預(yù)測(cè)未來(lái)(這是我自己得理解，也許有誤)，D值得作用上面也提到了，這里就不再提了。

以上都是個(gè)人經(jīng)驗(yàn)所得，個(gè)人能力有限，也許很多地方理解錯(cuò)誤了，請(qǐng)多包涵。。。

ID:196702 · 發(fā)表于 2020-3-4 21:18

實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，感謝樓主分享！

ID:91165 · 發(fā)表于 2020-3-6 12:50

好資料，51黑有你更精彩

ID:108573 · 發(fā)表于 2020-3-7 09:34

最近要用PID控制加熱，學(xué)習(xí)一下

ID:314908 · 發(fā)表于 2020-3-7 21:42

謝謝分享，學(xué)習(xí)了

ID:495731 · 發(fā)表于 2020-4-1 19:19

最近要用PID控制加熱，謝謝分享，學(xué)習(xí)了

ID:235332 · 發(fā)表于 2020-4-2 19:03

好資料，受益匪淺

ID:681157 · 發(fā)表于 2020-4-3 09:01

不錯(cuò)，值得學(xué)習(xí)

ID:462714 · 發(fā)表于 2020-4-12 10:30

太棒了

ID:77840 · 發(fā)表于 2021-3-15 08:27

樓主可以再研究一下PID自整定的程序，這樣就可以省去繁瑣的PID三個(gè)參數(shù)設(shè)定了

ID:422924 · 發(fā)表于 2021-4-19 01:20

感謝樓主的講解，聽(tīng)起來(lái)好像自己在和自己對(duì)話思考，非常有代入感

ID:542563 · 發(fā)表于 2021-4-20 10:20

感謝分享寶貴經(jīng)驗(yàn)

ID:910252 · 發(fā)表于 2021-4-22 14:24

學(xué)習(xí)了，51黑有你更精彩

ID:884843 · 發(fā)表于 2021-7-8 16:34

受教了，真準(zhǔn)備學(xué)32呢

ID:934353 · 發(fā)表于 2021-7-9 09:12

非常好，正想研究PID

ID:230225 · 發(fā)表于 2021-7-15 11:25

好資料，受益匪淺,謝謝樓主的分享。

ID:63317 · 發(fā)表于 2021-7-16 06:32

實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，感謝樓主分享

ID:272119 · 發(fā)表于 2021-7-18 11:06

我的方案要求更麻煩目前還是硬P型控制,因?yàn)樵O(shè)置溫度幅度大還有很長(zhǎng)的循環(huán)風(fēng)道帶動(dòng)熱循環(huán),從25'C到80'C,同時(shí)控制加熱和散熱風(fēng)扇一共4個(gè)(2加熱加2散熱IO).也曾經(jīng)想過(guò)PID,后來(lái)實(shí)際運(yùn)用達(dá)不到預(yù)期,還是只用P控制,基本做到-0.5&+0.5'C范圍.

ID:491577 · 發(fā)表于 2021-7-20 21:24

要想控溫準(zhǔn)確，軟件只是輔助，關(guān)鍵還是硬件，溫度傳感器用熱電偶反應(yīng)最快，PT100最準(zhǔn)確，傳感器越小反應(yīng)越快，還有安裝位置也非常重要。硬件沒(méi)有做好但是調(diào)節(jié)軟件意義不大。

ID:469271 · 發(fā)表于 2021-10-10 02:37

好帖子，超級(jí)實(shí)用

ID:89072 · 發(fā)表于 2021-10-21 10:55

在學(xué)習(xí)，非常介紹詳細(xì)，非常感謝

ID:1029417 · 發(fā)表于 2022-5-29 22:04

好資料，51黑有你更精彩，這是手把手的教啊

ID:702600 · 發(fā)表于 2022-6-1 10:04

講解到位

ID:627251 · 發(fā)表于 2022-6-30 22:15

周立功的PID程序嗎?牛逼了！~

ID:113433 · 發(fā)表于 2022-8-4 12:46

收藏了,很值得參考,謝謝

ID:622795 · 發(fā)表于 2022-8-19 17:19

樓主厲害

ID:1043630 · 發(fā)表于 2022-9-2 14:52

講解到位

ID:1048011 · 發(fā)表于 2022-10-17 17:17

總結(jié)的非常好，頂！�。�

ID:431491 · 發(fā)表于 2023-5-27 19:32

理解了，謝謝

ID:554658 · 發(fā)表于 2023-6-6 09:28

感謝分享寶貴經(jīng)驗(yàn)�。�！

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