標(biāo)題: STM32單片機PID加溫項目的調(diào)試經(jīng)驗與心得分享 [打印本頁]
作者: xiao1934    時間: 2020-3-4 13:28
標(biāo)題: STM32單片機PID加溫項目的調(diào)試經(jīng)驗與心得分享
平時很少上論壇，偶爾查查資料的時候才會上來看看，廢話不多說了直入主題吧(在隔壁的論壇有一個一模一樣的帖子，也是我發(fā)表的�。�！，這里強調(diào)一下只是為了避免誤會。。。。)

手上有一個項目需要有加熱功能(目標(biāo)65℃左右)，剛開始也沒怎么在意，最開始只是想著一個普通的加熱功能無非就是接近目標(biāo)溫度的時候開始間段加溫（類似發(fā)光二極管閃爍的狀態(tài)），等到了實際加熱的時候發(fā)現(xiàn)用這種方法可以控溫，但是控溫上下幅值過高，雖說項目對精度要求不高，個人有點強迫癥，想著要做就做好，然后在網(wǎng)上查詢了一下控溫方式的幾種算法，基本上90%的都是用PID，好那就開始著手研究PID了，查閱了大量的相關(guān)文獻，對PID的原理也懂了(能查到的都是通篇大道理，可是能實際應(yīng)用的少之又少)，關(guān)于PID的算法網(wǎng)上也是一大堆，說實話我也看不懂，也沒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了。

下面開始直入核心階段
1：什么是PID，PID的發(fā)展史，，這些問題自行百度，我只簡單的描述一下，比如設(shè)定65℃，當(dāng)溫度上升到60℃的時候開始啟用PID加熱方式，然后由PID進行溫度控制，因為有PID的存在，實際溫度會在65℃上下浮動，浮動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算的，沒什么意義，就跟1+1為什么等于2一樣，我們要用的是公式計算出來的值，至于為什么得到了這樣的一個值不是我們所關(guān)心的，這個值具體怎么用在網(wǎng)上能找到的相關(guān)問題很少，至少我是沒找到的，后來經(jīng)過我反復(fù)印證，PID公式計算出來的這個值是一個任意值，所謂的任意值指的是我想要一個什么樣的結(jié)果就讓PID計算出什么樣的結(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，包括輸出負數(shù)也是可以的，PID核心的東西是我們要用到的這個值，既然這個值是由我們來控制的，那么我就把這個值控制在0-100，這個值我們已經(jīng)決定好了，這個值怎么應(yīng)用到實際工程當(dāng)中呢？
我的目標(biāo)溫度是65℃，實際溫度<=60的時候由單片機持續(xù)輸出低電平信號(持續(xù)加熱)，
當(dāng)溫度>=60.1℃的時候開始用PID加熱方式，所謂的PID加熱方式就是，把PID計算出來的值用作加熱的時間，這個時間怎么對應(yīng)呢，剛剛我們提到過PID的值由我們決定讓他的結(jié)果在0-100之內(nèi)，然后我們利用定時器設(shè)置一個定時時間在10毫秒鐘的加熱周期(這里按照自己實際項目來調(diào)整，只能先進行測試之后得到一個大概值，在結(jié)合實際情況來調(diào)整)，當(dāng)PID算出來的結(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的時候就是加熱10*25=250ms(還有750ms是處于不加溫的時間段)，這個時候PID的值和加熱的時間已經(jīng)對應(yīng)上了，這個不難理解，到了這里PID這個公式本身也算是講完了，但是在實際應(yīng)用的時候還有非常多的問題，這次一并把個人所得得經(jīng)驗也分享出來，剛剛講到到了60.1℃就開啟PID算法(開啟就是讓PID公式計算一次，得到一個值，既然是要讓PID自行控溫，那么就需要不停得讓PID進行計算，一旦PID得值發(fā)生了變化，控制加熱得時間也就變化了，那么PID多長時間計算一次呢，這個問題沒有人能回答，只能說按照實際工程來調(diào)整，我測試加熱得時候是每2秒中計算一次，如果用在電機上進行調(diào)速2秒中計算一次肯定不行，調(diào)速的話肯定是毫秒級別了)，
3：PID參數(shù)的調(diào)整，第2部分所以的功能已經(jīng)完善了，但是要想達到很高的精度還得進行PID的三個參數(shù)調(diào)整，P值，I值，D值，這個三個參數(shù)調(diào)整也是最費時間的，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，前前后后調(diào)了3天，第4天才算是穩(wěn)定下來了。
說一下我的調(diào)整經(jīng)驗吧，首先調(diào)P值，I和D全部設(shè)定為0，P值可以從1開始調(diào)，慢慢加，調(diào)到什么樣才算正常呢？還是拿我的經(jīng)驗來說吧，目標(biāo)溫度65℃，當(dāng)PID控制溫度在65℃上下徘徊的時候就是最佳狀態(tài)(我的實際情況是P值設(shè)定為15的時候，最高溫度是在66.3，最低溫度在63.9)，簡單的說就是P值調(diào)到在目標(biāo)值在設(shè)定值上下徘徊的時候就對了（徘徊幅度越小越好）。
好了這個時候就開始調(diào)整I值，I值得設(shè)定也是和P值一樣，慢慢調(diào)試，我剛開始是從1開始往上加，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個PID都失去控制了，因為是第一次用PID也是沒經(jīng)驗，查了資料才知道I值一般都是很小，然后開始從0.1開始調(diào)整，反正就是一直調(diào)整呢，最后把I值調(diào)整在0.05的時候溫度已經(jīng)很平穩(wěn)了，這個時候?qū)嶋H溫度穩(wěn)定在64.5-65.4之間了，和沒有I值得時候相對穩(wěn)定一些了，關(guān)鍵得問題是時間越長越穩(wěn)定，個人覺得I值調(diào)整是在P值得基礎(chǔ)上讓實際溫度和無限接近設(shè)定溫度(上下浮動越小越好)，I值確定了，開始調(diào)D值，D值調(diào)整的目的是為了彌補PID因為環(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的，所以我在調(diào)整D值得時候拿一個扇子給加熱器件進行加速散熱，后來把D值確定在0.03的時候發(fā)現(xiàn)用扇子額外散熱和不用扇子的已經(jīng)沒有什么區(qū)別了。調(diào)完I值得時候可以發(fā)現(xiàn)D值調(diào)不調(diào)整感覺意義也不大了，之前查到得資料D值得作用就是能預(yù)測未來(預(yù)測未來是個人得一個理解，這也是PID得精華所在)，這個所謂得預(yù)測未來的值，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，不會因為到了冬天而讓精度發(fā)生了變化，當(dāng)然了這個也不是絕對得，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，也沒有哪個PID算法能做到這么大的范圍讓它自動調(diào)整（串級PID估計可以達到這個條件）。
//-----------------------------------
4：下面開始分享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計算出來的值存放在這里，

}
這個函數(shù)就是PID的核心，每調(diào)用一次就進行一次PID的計算(每計算一次也就會得到一個PID計算出來的值，這個值就是我上面提到的加熱時間)

PID本身的計算方法這里就已經(jīng)完成了，但是這個值具體怎么使用呢，PID本身又該怎么調(diào)用呢？
我這里用到了2個定時器，定時器1每隔2秒中進行一次PID運算(2秒中的時間也是我調(diào)試出來的，具體項目具體調(diào)整)，代碼如下：
if(TIM4->SR&0X0001)//溢出中斷
         {
                   P0_xin_hao_Time++;//P0信號燈閃爍            
                   //----------------------------
                   //ZLG  PID運算
                   if(biao_zhi_wei.ZLG_PID_kai_guan==1)//ZLGPID啟動了，溫度到了60.1℃開始進行PID計算
                   {
                            ZLG_PID_Time++;//PID計算周期變量
                            if(ZLG_PID_Time>=2)//定時器1秒進入一次中斷 2次就是2秒,所以每隔2秒做一次PID運算。
                            {
                                     ZLG_PID_Time=0;//清0
                                     ZLG_PID();//每2秒中計算一次ZLG_PID的值
                            }
                   }
}
這是STM32的代碼。
我這里只貼出了運算，具體定時器啟動的設(shè)置就不貼出來了，大概原理就是當(dāng)溫度到了60.1℃定時器1開始啟動，每隔2秒中產(chǎn)生一次中斷，在中斷里面進行一次PID運算，這個非常簡單。
定時器2做為加熱時間的判斷(類似于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啟動了，溫度到了60.1℃之后進行加熱時間的判斷
                   {

                                     ZLG_c++;    //每次定時器溢出加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（中斷時間10ms）計數(shù)器+1(自己定義的一個變量)，當(dāng)PID的值>=PID計算出來的值那就輸出低電平(開啟加熱)，反過來就是輸出高電平了，如果PID計算出來得值超過了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單了。
簡單的敘述一下PID的加熱原理
1：當(dāng)目標(biāo)溫度接近設(shè)定溫度(我設(shè)計的是相差5)開啟PID運算
2：定時器1每隔2秒中產(chǎn)生一次PID運算(這個時間實際情況調(diào)整)
3：定時器2每隔10ms產(chǎn)生一次中斷并做記錄(也是實際情況調(diào)整)，PID計算出來的值和記錄值想比較，時間到了就切換加熱或者不加熱
前3條整個PID的動作都完成了，剩下的就是調(diào)整PID的  P  I   D三個參數(shù)
調(diào)整方法
先調(diào)P值，效果達到實際溫度在目標(biāo)溫度上下徘徊，徘徊浮動越小越好，此時P值調(diào)完，
再調(diào)I值，I值非常，我調(diào)整的是0.05，這個時候在調(diào)整I值得時候會發(fā)現(xiàn)實際溫度和目標(biāo)溫度非常接近，上下浮動也是非常小，直至達到要求。
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，后來查到D值得作用就是能預(yù)測未來(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。


以上都是個人經(jīng)驗所得，個人能力有限，也許很多地方理解錯誤了，請多包涵。。。

作者: 到處走看    時間: 2020-3-4 21:18
實用經(jīng)驗，感謝樓主分享！
作者: HWL0541    時間: 2020-3-6 12:50
好資料，51黑有你更精彩
作者: 神出沒    時間: 2020-3-7 09:34
最近要用PID控制加熱，學(xué)習(xí)一下
作者: hkf145    時間: 2020-3-7 21:42
謝謝分享，學(xué)習(xí)了
作者: willy926234097    時間: 2020-4-1 19:19
最近要用PID控制加熱，謝謝分享，學(xué)習(xí)了
作者: life_陽子    時間: 2020-4-2 19:03
好資料，受益匪淺
作者: 123rzq    時間: 2020-4-3 09:01
不錯，值得學(xué)習(xí)
作者: 877850311    時間: 2020-4-12 10:30
太棒了
作者: 面具下的狼性    時間: 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三個參數(shù)設(shè)定了
作者: 曾現(xiàn)路    時間: 2021-4-19 01:20
感謝樓主的講解，聽起來好像自己在和自己對話思考，非常有代入感
作者: liulei99    時間: 2021-4-20 10:20
感謝分享寶貴經(jīng)驗
作者: love_change    時間: 2021-4-22 14:24
學(xué)習(xí)了，51黑有你更精彩
作者: zhizhuoggg    時間: 2021-7-8 16:34
受教了，真準(zhǔn)備學(xué)32呢
作者: 開心就好hhhh    時間: 2021-7-9 09:12
非常好，正想研究PID
作者: xichang    時間: 2021-7-15 11:25
好資料，受益匪淺,謝謝樓主的分享。
作者: WFX777888    時間: 2021-7-16 06:32

實用經(jīng)驗，感謝樓主分享
作者: qq603599910    時間: 2021-7-18 11:06
我的方案要求更麻煩目前還是硬P型控制,因為設(shè)置溫度幅度大還有很長的循環(huán)風(fēng)道帶動熱循環(huán),從25'C到80'C,同時控制加熱和散熱風(fēng)扇一共4個(2加熱加2散熱IO).也曾經(jīng)想過PID,后來實際運用達不到預(yù)期,還是只用P控制,基本做到-0.5&+0.5'C范圍.
作者: hhh402    時間: 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。硬件沒有做好但是調(diào)節(jié)軟件意義不大。
作者: bugaosuni    時間: 2021-10-10 02:37
好帖子，超級實用
作者: hslcac    時間: 2021-10-21 10:55
在學(xué)習(xí)，非常介紹詳細，非常感謝
作者: 隔壁的王叔叔    時間: 2022-5-29 22:04
好資料，51黑有你更精彩，這是手把手的教啊
作者: shy332    時間: 2022-6-1 10:04
講解到位
作者: 清水樓臺    時間: 2022-6-30 22:15
周立功的PID程序嗎?牛逼了！~
作者: maxsuntech    時間: 2022-8-4 12:46
收藏了,很值得參考,謝謝
作者: 曉飛    時間: 2022-8-19 17:19
樓主厲害
作者: ysq_ok    時間: 2022-9-2 14:52

講解到位
作者: fen913oxuan    時間: 2022-10-17 17:17
總結(jié)的非常好，頂！��！
作者: bobo21    時間: 2023-5-27 19:32
理解了，謝謝
作者: feihangdan    時間: 2023-6-6 09:28
感謝分享寶貴經(jīng)驗�。。�



歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/) Powered by Discuz! X3.1