温控PID自整定用C语言实现

以下是一个用C语言实现的基于Ziegler-Nichols法则的温控PID自整定程序示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#define Kp 0.0        // 控制器比例系数
#define Ki 0.0        // 控制器积分系数
#define Kd 0.0        // 控制器微分系数
#define SampleTime 1  // 采样时间

// 温度传感器读取函数
double read_temperature() {
    // 读取传感器数据，并转换为摄氏度
    return 25.0;
}

// PWM输出函数
void output_pwm(double pwm) {
    // 将PWM输出到控制器
}

// PID控制器计算函数
double compute_pid(double input, double setpoint) {
    static double last_input = 0.0;
    static double integral = 0.0;
    double error, derivative, output;

    // 计算误差
    error = setpoint - input;
    // 计算积分项
    integral = integral + (error * SampleTime);
    // 计算微分项
    derivative = (input - last_input) / SampleTime;
    // 计算控制器输出
    output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
    // 保存当前输入值
    last_input = input;
    return output;
}

// Ziegler-Nichols法则自整定PID控制器函数
void autotune_pid() {
    double Kc = 0.0, Tu = 0.0;
    double kp = 0.0, ki = 0.0, kd = 0.0;
    double a = 0.0, b = 0.0;

    // 开始自整定
    printf("Start auto-tuning PID controller...\n");
    // 计算临界增益和周期
    while (1) {
        double input = read_temperature();
        double setpoint = input + 5.0;
        output_pwm(100.0);
        // 等待系统达到稳定状态
        usleep(1000);
        double temp = read_temperature();
        if (fabs(temp - input) < 0.01) {
            // 系统已达到稳定状态，记录当前时间
            double t1 = (double)clock() / CLOCKS_PER_SEC;
            // 改变PWM输出，观察系统响应
            output_pwm(0.0);
            usleep(1000);
            output_pwm(100.0);
            // 等待系统重新达到稳定状态
            usleep(1000);
            double temp2 = read_temperature();
            if (fabs(temp2 - temp) < 0.01) {
                // 系统已重新达到稳定状态，记录当前时间
                double t2 = (double)clock() / CLOCKS_PER_SEC;
                // 计算临界增益和周期
                Kc = 100.0 / (temp2 - input);
                Tu = (t2 - t1) * 2.0;
                break;
            }
        }
    }
    // 根据临界增益和周期计算PID参数
    kp = 0.6 * Kc;
    ki = 1.2 * Kc / Tu;
    kd = 0.075 * Kc * Tu;
    // 设置PID参数
    Kp = kp;
    Ki = ki;
    Kd = kd;
    // 输出PID参数
    printf("Auto-tuned PID controller: Kp=%f, Ki=%f, Kd=%f\n", Kp, Ki, Kd);
}

int main() {
    // 自整定PID控制器
    autotune_pid();
    // 实时控制温度
    while (1) {
        double input = read_temperature();
        double setpoint = 25.0;
        double output = compute_pid(input, setpoint);
        output_pwm(output);
        usleep(SampleTime * 1000);
    }
    return 0;
}

在该程序中，首先定义了控制器的比例、积分和微分系数以及采样时间。然后实现了读取温度传感器数据、输出PWM以及PID控制器计算等函数。在主函数中，通过调用自整定PID控制器函数和实时控制温度函数来完成整个控制过程。其中，自整定PID控制器函数采用了Ziegler-Nichols法则来计算PID参数，并将其设置为全局变量。实时控制温度函数先读取温度传感器数据，然后根据设定的温度值和PID控制器计算得到PWM输出，最后等待采样时间后再次读取温度传感器数据，进入下一轮控制循环。