pid输出结果与pwm占空比的对应关系

张衍波 · 发表于 2015-6-10 09:41:24

看到有不少人问到底如何让UK值与PWM占空比值对应，进而实现占空比输出和输出控制电压对应。

（注意，我这里讨论的前提是输出控制的是电压，不是PWM方波。PWM输出后要经过滤波整形再输出控制。）
前提条件：
输出电压控制电压范围是0-10V。
给定、反馈、输出电压采样输入电压范围是0-5V（经过运放）。
使用单片机AD为10位AD芯片。
那么10位AD芯片电压采集得到的数据范围就是0-1024。
PWM为 8位可调占空比方波，0对应输出占空比为0的方波，255对应输出占空比100%的方波，127对应输出50%的方波。

比如当前给定是2.5V，反馈电压是1V。（KP,KI,KD等系数略，关于PID算法的整数实现我在前文中有论述如何实现）。

那么经过AD采样
1、给定2.5V对应为 512
2、反馈1V对应为 205
假定经过PID计算得到的UK为400
也就意味着输出电压应当为（400*（UPWM峰值电压））/1024

那么UK对应的PWM占空比是多少呢？
我们知道，UK=1024对应占空比为100，也就是PWM的占空比系数为255。可知，PWM系数 = UK/4;
那么400就应当对应系数 400/4=100。
也就是输出电压=400*10/1024=3.9V

同时，由于采样精度以及PWM输出占空比精度控制的问题，将导致输出电压和期望值不是那么线性，所以，我在项目内加入了输出电压采样的控制。

采样AD输入为0-5V，所以，对于输出0-10V有一个缩小的比例。
输出10V则采样值对应为255
输出5V则采样之对应127
可知，3.9V对应AD结果为97
采样输出电压值，可以针对性的调整一下占空比输出，从而得到误差允许范围内的一个控制输出电压。

同时，经过一些加速控制的手段。可以比较迅速的达到控制的目的。
下文中的UK控制方法是针对增量式PID控制而来做的。

void PWMProcess(void)
{
uint16 idata temp;
uint16 idata UKTemp;
      temp = 0;
UKTemp = 0;

if( Pwm.ChangeFlag_Uint8 != 0 ) //判断是否需要改变占空比
            {                //是否需要改变占空比和你的被控系统特性有关
                     Pwm.ChangeFlag_Uint8 = 0;

                     UKTemp = PID.Uk_Uint16 + SwIn.AddValue_Uint16;//计算UK控制量
                     //控制量和计算值以及一个开关量有关，我这里的开关量是系统需要的时候叠加在控制量上的一个变量。
                     if(UKTemp>999)
                     {
                              UKTemp = 999;
                     } //这里只所以是999封顶而不是1024是因为我的系统PWM的峰值电压是12V导致。
                     while(1)//如果输出电压和期望电压相差 Delta，则继续调整占空比，直到在误差以内
                     {
                              ADChPro(UPWMADCH);       //测量输出电压
                              if( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] == UKTemp)
                              {
                                    return;
                              }
                              if( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] > UKTemp) //如果当前电压大于输出电压，减小占空比
                              {
                                    if( ( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp ) > UDELTA )
                                    {
                                             temp = ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp;  //
                                             temp = temp / 2;    //下降可以加速下降，所以下降参数加倍  -----/*PWM的系数为UK/4*/
                                             if( Pwm.DutyCycle_Uint8 > temp )
                                             {
                  Pwm.DutyCycle_Uint8 = Pwm.DutyCycle_Uint8 - temp;
                                             }
                                             else
                                             {
                  Pwm.DutyCycle_Uint8 = 0;
                                             }
                                    }
                                    else
                                    {
               return;
                                    }
                              }
                              else          //如果当前电压小于输出电压
                              {
                                    if( ( UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] ) > UDELTA )
                                    {
                                             temp = UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH];
                                             temp = temp / 4;  //上升处理不要超调，所以每次只+一半
                                             if( (255-Pwm.DutyCycle_Uint8) > temp )
                                             {
                  Pwm.DutyCycle_Uint8 += (temp/2);
                                             }
                                             else
                                             {
                  Pwm.DutyCycle_Uint8 = 255;
                                             }
                                    }
                                    else
                                    {
               return;
                                    }
                              }
                              DisPlayVoltage();
                              PWMChangeDuty(Pwm.DutyCycle_Uint8);  //改变占空比
                              Delay(10,10);
                     }
            }
}
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