PID与PWM的占空比之间的关系

power_lol

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  
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);  

}  
}  
}