PID三环闭环控制 C代码

PID (Proportional-Integral-Derivative) 控制是一种经典的控制算法，常用于工业自动化和机器人等领域。在C语言中实现PID控制的三环闭环系统，你需要定义三个环路：比例(P)，积分(I)，和微分(D)。

以下是一个简单的PID控制器的C代码示例，假设我们有一个模拟的输入值`setpoint`，实际测量值`input`，以及PID参数`Kp`（比例增益）、`Ki`（积分增益）和`Kd`（微分增益）：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define MAX_OUTPUT 100.0  // 最大输出限制
#define SAMPLE_TIME 0.01  // 更新周期

// PID函数结构
typedef struct {
    double P, I, D;   // 比例、积分、微分系数
    double error;     // 当前误差
    double integral;  // 积分累加
    double prev_error; // 上一时刻的误差
    double derivative; // 微分
    double output;    // 输出值
} PID_Controller;

void pid_controller(PID_Controller *controller, double setpoint, double input) {
    double dt = SAMPLE_TIME;
    
    // 计算误差
    controller->error = setpoint - input;
    
    // 积分更新
    controller->integral += controller->error * dt;
    
    // 微分更新
    controller->derivative = (controller->error - controller->prev_error) / dt;
    
    // PID计算
    controller->output = controller->P * controller->error + 
                         controller->Ki * controller->integral +
                         controller->Kd * controller->derivative;
    
    // 按照最大输出限制
    if (controller->output > MAX_OUTPUT)
        controller->output = MAX_OUTPUT;
    else if (controller->output < -MAX_OUTPUT)
        controller->output = -MAX_OUTPUT;
    
    // 保存当前误差以供下一次迭代使用
    controller->prev_error = controller->error;
}

int main() {
    PID_Controller controller = {0.5, 0.1, 0.01, 0, 0, 0};  // 初始化PID参数
    double setpoint = 50, input;  // 设定点和输入值
    double last_time = gettime();  // 获取当前时间

    while (1) {
        // 更新输入值
        input = ...;  // 这里用实际传感器读数替换
        
        // 调用PID函数
        pid_controller(&controller, setpoint, input);
        
        // 输出结果并处理
        printf("Output: %.2f\n", controller.output);
        
        // 等待下一个迭代时间
        double current_time = gettime();
        if (current_time - last_time >= SAMPLE_TIME)
            last_time = current_time;
    }

    return 0;
}