转 C#实现PID控制的模拟测试和曲线绘图
C#实现PID控制的模拟测试和曲线绘图
本文分两部分,一部分是讲PID算法的实现,另一部分是讲如何用动态的曲线绘制出PID运算的结果。
首先,PID算法的理论模型请参考自动控制理论,最早出现的是模拟PID控制,后来计算机成为控制器,由于计算机控制是一种采样控制,需把模拟PID转换成数字PID,就是模拟PID的离散化,两者中间是香浓定理。当然这些和编程是没关系的,我们只需要有个数字模型就能开展后面的工作了。
- private float prakp, praki, prakd, prvalue, err, err_last, err_next, setvalue;
- int MAXLIM, MINLIM;
- //PID valculate
- public float pidvalc()
- {
- err_next = err_last; //前两次的误差
- err_last = err; //前一次的误差
- err = setvalue - prvalue; //现在的误差
- //增量式计算
- prvalue += prakp * ((err - err_last) + praki * err + prakd * (err - 2 * err_last + err_next));
- //输出上下限值
- if (prvalue > MAXLIM)
- prvalue = MAXLIM;
- if (prvalue < MINLIM)
- prvalue = MINLIM;
- return prvalue;
- }
模拟出来的结果是下面这样,出现输出值收敛振荡后稳定下来。
- using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.Linq;
- using System.Text;
- namespace PIDtest
- {
- class Class1
- {
- private float prakp, praki, prakd, prvalue, err, err_last, err_next, setvalue, deadband;
- int index, UMAX, UMIN, MAXLIM, MINLIM;
- public float Prakp
- {
- set
- {
- prakp = value;
- }
- get
- {
- return prakp;
- }
- }
- public float Praki
- {
- set
- {
- praki = value;
- }
- get
- {
- return praki;
- }
- }
- public float Prakd
- {
- set
- {
- prakd = value;
- }
- get
- {
- return prakd;
- }
- }
- public float Setvalue
- {
- set
- {
- setvalue = value;
- }
- get
- {
- return setvalue;
- }
- }
- public Class1()
- {
- pidinit();
- }
- //PID参数初始化
- public void pidinit()
- {
- prakp = 0;
- praki = 0;
- prakd = 0;
- prvalue = 0;
- err = 0;
- err_last = 0;
- err_next = 0;
- MAXLIM = 800;
- MINLIM = -200;
- UMAX = 310;
- UMIN = -100;
- deadband = 2;
- }
- //PID valculate
- public float pidvalc()
- {
- err_next = err_last;
- err_last = err;
- err = setvalue - prvalue;
- //抗积分饱和
- if (prvalue > UMAX)
- {
- if (err < 0)
- index = 1;
- else
- index = 0;
- }
- else if (prvalue < UMIN)
- {
- if (err > 0)
- index = 1;
- else
- index = 0;
- }
- //积分分离
- else
- {
- if (Math.Abs(err) > 0.8 * setvalue)
- index = 0;
- else
- index = 1;
- }
- //死区
- if (Math.Abs(err) > deadband)
- prvalue += prakp * ((err - err_last) + index * praki * err + prakd * (err - 2 * err_last + err_next));
- else
- prvalue += 0;
- //输出上下限制
- if (prvalue > MAXLIM)
- prvalue = MAXLIM;
- if (prvalue < MINLIM)
- prvalue = MINLIM;
- return prvalue;
- }
- }
- }
- <pre name="code" class="csharp">using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.ComponentModel;
- using System.Drawing;
- using System.Data;
- using System.Linq;
- using System.Text;
- using System.Windows.Forms;
- namespace WindowsFormsControlLibrary2
- {
- public partial class UserControl1 : UserControl
- {
- public UserControl1()
- {
- InitializeComponent();
- }
- Graphics g;
- //List<float> l = new List<float>();//储存要绘制的数据
- Pen p = new Pen(Color.Green, 1);
- Pen p1 = new Pen(Color.Red, 1);
- //PointF ptfront = new PointF();
- //PointF ptbehond = new PointF();
- private int jiange = 86;//网格间距
- private int pianyi = 2;//绘图两点之间间隔
- private float value1;
- //Random r=new Random ();
- PointF[] data;
- public float Value
- {
- get
- {
- return value1;
- }
- set
- {
- this.value1 = value;
- }
- }
- //获得一个数据
- private void getdata()
- {
- data[data.Length - 1].Y = value1;
- for (int i = 0; i < data.Length - 1; i++)
- data[i].Y = data[i + 1].Y;
- //放数据到LIST
- //if (l.Count >= 80)
- //{
- // l.RemoveAt(0);
- // l.Add(value1 );
- //}
- }
- //初始化数据存放数组
- private void UserControl1_Load_1(object sender, EventArgs e)
- {
- timer1.Enabled = true;
- timer1.Interval = 100;
- //l.Add(0);
- data = new PointF[pictureBox1.Width / pianyi];
- for (int i = 0; i < data.Length; i++)
- data[i].X += pianyi * i;
- /*
- for (int i = 0; i < pictureBox1.Width / pianyi; i++)
- {
- l.Add(r.Next(50));
- }
- */
- }
- private void pictureBox1_Paint_1(object sender, PaintEventArgs e)
- {
- g = e.Graphics;
- //画网格线
- //for (int i = this.pictureBox1.Width; i >= 0; i -= jiange)
- //g.DrawLine(p, i, 0, i, this.pictureBox1.Width);
- //for (int i = this.pictureBox1.Height; i >= 0; i -= jiange)
- //g.DrawLine(p, 0, i, this.pictureBox1.Width , i);
- for (int i = 0; i < pictureBox1.Width; i++)
- if (i % jiange == 0)
- g.DrawLine(p, i, 0, i, this.pictureBox1.Height);
- for (int i = 0; i < pictureBox1.Height; i++)
- if (i % jiange == 0)
- g.DrawLine(p, 0, i, pictureBox1.Width, i);
- //画数据曲线
- // ptbehond.X = 0;
- /*
- for (int i = 0; i < l.Count - 1; i++)
- {
- ptfront.X = ptbehond.X;
- ptfront.Y = l[i];
- ptbehond.X += pianyi;
- ptbehond.Y = l[i + 1];
- g.DrawLine(p1, ptfront, ptbehond);
- }
- */
- g.DrawCurve(p1, data);
- }
- //绘图刷新周期
- private void timer1_Tick_1(object sender, EventArgs e)
- {
- getdata();
- this.pictureBox1.Refresh();
- }
- }
- }
- using System;
- using System.Collections.Generic;
- using System.ComponentModel;
- using System.Data;
- using System.Drawing;
- using System.Linq;
- using System.Text;
- using System.Windows.Forms;
- namespace PIDtest
- {
- public partial class Form1 : Form
- {
- public Form1()
- {
- InitializeComponent();
- timer1.Interval = 5;
- timer1.Enabled = true;
- }
- Class1 pid = new Class1();
- //Random r = new Random();
- private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
- {
- userControl11.Value = pid.pidvalc();
- }
- private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
- {
- pid.pidinit();
- pid.Setvalue = float.Parse(textBox1setvalue.Text);
- pid.Prakp = float.Parse(textBox1prakp.Text);
- pid.Praki = float.Parse(textBox2praki.Text);
- pid.Prakd = float.Parse(textBox3prakd.Text);
- }
- }
- }
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