C语言实现PID控制

在C语言中实现PID (比例积分微分) 控制通常用于需要精确调节系统动态性能的场合，如温度、速度控制等。PID控制器由三个基本组件组成：比例(P)，积分(I)，和微分(D)。

1. **比例控制**（Proportional Control）：根据当前偏差（设定值减去实际值）直接作用，是最基础的部分，通过一个系数Kp来放大误差信号。

float proportional(float error) {
    return Kp * error;
}

2. **积分控制**（Integral Control）：累计过去的偏差，消除长期累积误差，通过系数Ki和时间常数T_i计算积分项。

static float integral = 0.0;
void integral_control(float error, float sample_time) {
    integral += error * sample_time;
    // 如果超过限制，避免积分饱和
    if (integral_limit > 0 && integral > integral_limit)
        integral = integral_limit;
    else if (integral_limit < 0 && integral < integral_limit)
        integral = integral_limit;
}

3. **微分控制**（Derivative Control）：预测未来的偏差变化，适用于快速响应系统，通过系数Kd和时间常数T_d计算微分项。

static float derivative = 0.0;
void derivative_control(float error_rate, float sample_time) {
    derivative = error_rate * sample_time;
    // 防止噪声干扰
    if (derivative_limit > 0 && derivative > derivative_limit)
        derivative = derivative_limit;
    else if (derivative_limit < 0 && derivative < derivative_limit)
        derivative = derivative_limit;
}

最后，将这三个部分综合在一起形成PID控制器的输出：

float pid_controller(float desired_value, float current_value, float sample_time, float Kp, float Ki, float Kd, float integral_limit, float derivative_limit) {
    float error = desired_value - current_value;
    float derivative_term = derivative;
    integral_control(error, sample_time);
    
    // PID组合
    float output = proportional(error) + integral * Ki + derivative * Kd;

    // 比例、积分、微分限制
    if (output > limit)
        output = limit;
    else if (output < -limit)
        output = -limit;

    return output;
}