PID控制器表达式为:

\[u(t) = K_pe(t) + K_i\int_0^t e(\tau)d\tau + K_d\frac{de(t)}{dt}
\]


离散化:

令 $ t = nT,~T$为采样周期。可得:

\[e(t) = e(nT) \\\\
\int_0^t e(\tau)d\tau = \sum_{i=0}^{n-1} e(iT) \\\\
\frac{de(t)}{dt} = \frac{e(nT)-e[(n-1)T]}{T}
\]

因为\(T\)是固定的,不妨设为1,可简化为:

\[e(t) = e(n) \\\\
\int_0^t e(\tau)d\tau = \sum_{i=0}^n e(i) \\\\
\frac{de(t)}{dt} = e(n)-e(n-1) \]

所以:

\[u(n) = K_pe(n) + K_i\sum_{i=0}^n e(i) + K_d[e(n)-e(n-1)]
\]


增量化:

令 \(\Delta u(n) = u(n) - u(n-1)\) 可得:

\[ \begin{aligned}
\Delta u(n) &=
\{K_pe(n) + K_i\sum_{i=0}^n e(i) + K_d[e(n)-e(n-1)]\} \\\\
&~~~~ - \{K_pe(n-1) + K_i\sum_{i=0}^{n-1} e(i) + K_d[e(n-1)-e(n-2)]\} \\\\
&= (K_p + K_i + K_d)e(n) - (K_p + 2K_d)e(n-1) + K_de(n-2)
\end{aligned} \]

所以:

\[ \begin{aligned}
u(n) &= u(n-1) + \Delta u(n) \\\\
\Delta u(n) &= a_0e(n) + a_1e(n-1) + a_2e(n-2) \\\\
a_0 &= K_p + K_i + K_d \\\\
a_1 &= -(K_p + 2K_d) \\\\
a_2 &= K_d
\end{aligned} \]


C语言实现

dpid.h:

#ifndef __DPID_H__
#define __DPID_H__ typedef struct
{
float Kp, Ki, Kd;
float a[3];
float e[3];
}dpid_t; void dpid_init(dpid_t *pid, float Kp, float Ki, float Kd);
float dpid(dpid_t *pid, float e); #endif

dpid.c:

#include    "dpid.h"

void dpid_init(dpid_t *pid, float Kp, float Ki, float Kd)
{
pid->Kp = Kp;
pid->Ki = Ki;
pid->Kd = Kd; pid->a[0] = Kp + Ki + Kd;
pid->a[1] = -(Kp + 2*Kd);
pid->a[2] = Kd; pid->e[0] = pid->e[1] = pid->e[2] = 0;
} float dpid(dpid_t *pid, float e)
{
//! 更新误差
pid->e[2] = pid->e[1];
pid->e[1] = pid->e[0];
pid->e[0] = e; return pid->a[0]*pid->e[0]
+ pid->a[1]*pid->e[1]
+ pid->a[2]*pid->e[2];
}

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