1.PID温控系统是一种常用的控制系统，用于实现对温度变量的精确控制。PID算法根据当前的温度误差以及误差的变化率，计算一个控制信号，用于调节加热器的输出。以下是PID算法的三个主要组成部分：
①比例（Proportional）控制：比例控制是根据当前的温度误差来计算控制信号。具体而言，通过将设定温度与实际温度之间的差异称为误差，然后将误差乘以一个比例增益参数，得到一个修正值。这个修正值与控制设备的输出信号相加，以调整温度控制。
②积分（Integral）控制：积分控制用于处理长期的温度误差。它通过对温度误差进行积分来计算一个积分误差。积分误差乘以积分增益参数，并且在一段时间内进行积累，得到一个修正值。积分控制可以帮助消除持续的稳态误差，使系统更快地达到设定温度。
③微分（Derivative）控制：微分控制用于处理温度变化的速率。它通过计算温度误差的变化率，即误差的导数，得到一个微分值。微分值乘以一个微分增益参数，用于调整修正值。微分控制可以帮助系统更快地响应温度变化，以防止过冲。
通过结合比例、积分和微分部分的修正值，PID控制算法可以计算出最终的控制信号。这个控制信号会被传递给加热器，以控制温度的变化。
2.本实验用到了CW32-48大学计划开发板OK、温控实验模块及Keil5开发环境。
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CW32-48大学计划开发板OK |
温控实验模块 |
 
温控模块电路原理图 |
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4.核心代码
mian.c：
#include “config.h”
unsigned char face = 0; //界面变量
unsigned char face_brush = 0; //界面刷新频率控制
void InitSystem(void)
{
RCC_Configuration(); //时钟配置
ADC_Configuration(); //ADC采集通道配置，采集NTC热敏电阻电压
PID_Configuration(); //PID参数配置
GPIO_KEYS_Configuration(); //按键GPIO配置
PWM_Init(); //两路PWM输出初始化
Lcd_Init(); //TFT屏幕初始化
BTIM_Init(); //定时器初始化
}
void Interface(void) //人机交互界面
{
if ( face_brush > 200 ) //200ms刷新一次
{
face_brush = 0;
switch(face)
{
case 0://显示PV和SV，该界面下，可以设定SV
TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,” PID Control “);
TFTSHOW_STRING(2,0,”REAL_Temper(℃):”);
TFTSHOW_STRING(4,0,” P V: “);
TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(4,8,pid.Pv);
TFTSHOW_STRING(6,0,”SET_Temper(℃):”);
TFTSHOW_STRING(8,0,” S V: “);
TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(8,8,pid.set_Sv);
break;
case 1://该界面下，可以设定P参数
TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,” PID Control “);
TFTSHOW_STRING(2,0,”SET PID Control:”);
TFTSHOW_STRING(4,0,” P : “);
TFTSHOW_INT_NUMBER(4,8,pid.set_Kp);
break;
case 2://该界面下，可以设定I参数
TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,” PID Control “);
TFTSHOW_STRING(2,0,”SET PID Control:”);
TFTSHOW_STRING(4,0,” I : “);
TFTSHOW_FLOAT_NUMBER(4,8,pid.set_Ki);
break;
case 3://该界面下，可以设定D参数
TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,” PID Control “);
TFTSHOW_STRING(2,0,”SET PID Control:”);
TFTSHOW_STRING(4,0,” D : “);
TFTSHOW_INT_NUMBER(4,8,pid.set_Kd);
break;
case 4://该界面下，可以设定Out0，即修正值
TFTSHOW_STRING_HEADLINE(0,0,” PID Control “);
TFTSHOW_STRING(2,0,”SET PID Control:”);
TFTSHOW_STRING(4,0,” OUT0 : “);
TFTSHOW_INT_NUMBER(4,10,pid.set_Out0);
break;
}
}
}
int main() //主函数
{
InitSystem(); //系统初始化
while(1)
{
PID_Calc(); //PID运算
Interface(); //人机交互界面
Keys_Function(); //按键控制
}
}
pwm.c:
#include “pwm.h”
void PWM_Init(void)
{
RCC_APBPeriphClk_Enable1(RCC_APB1_PERIPH_GTIM2,ENABLE); //使能GTIM2时钟
__RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //使能GPIOA时钟
PA01_AFx_GTIM2CH2(); //打开PWM输出通道
PA02_AFx_GTIM2CH3();
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_NONE;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; //推挽输出模式
GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;
GPIO_Init(CW_GPIOA, &GPIO_InitStruct);
GTIM_InitTypeDef GTIM_Initstructure; //通用定时器
GTIM_Initstructure.Mode=GTIM_MODE_TIME; //计数模式
GTIM_Initstructure.OneShotMode=GTIM_COUNT_CONTINUE; //连续计数
GTIM_Initstructure.Prescaler=GTIM_PRESCALER_DIV64; //预分频
GTIM_Initstructure.ReloadValue=2000-1; //ARR，计数重载周期2000
GTIM_Initstructure.ToggleOutState=DISABLE;
GTIM_TimeBaseInit(CW_GTIM2,>IM_Initstructure);
GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL3,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //GTIM2输出比较，CH3、CH2
GTIM_OCInit(CW_GTIM2,GTIM_CHANNEL2,GTIM_OC_OUTPUT_PWM_LOW); //有效占空比为低电平
GTIM_Cmd(CW_GTIM2,ENABLE); //使能GTIM2
}
void PWM1_Output(uint32_t value)
{
GTIM_SetCompare3(CW_GTIM2,value); //设置GTIM2通道3的CCR
}
void PWM2_Output(uint32_t value)
{
GTIM_SetCompare2(CW_GTIM2,value); //设置GTIM2通道2的CCR
}
void PWM_ALL_Output(uint32_t value) //PWM1、2同步输出
{
PWM1_Output(value);
PWM2_Output(value);
}
pid.c:
#include “pid.h”
PID pid; //定义PID结构体变量pid
void PID_Configuration(void) //PID参数初始化配置
{
pid.Sv = 55;
pid.Kp = 350; //比例系数
pid.Ki = 10; //积分系数
pid.Kd = 38; //微分系数
pid.Ek_1 = 0; //上一次偏差
pid.T = 400; //PID计算周期
pid.cnt = 0;
pid.cycle = 2000; //PWM周期
pid.Out0 = 500; //PID修正值
pid.set_Sv = pid.Sv;
pid.set_Kp = pid.Kp;
pid.set_Ki = pid.Ki;
pid.set_Kd = pid.Kd;
pid.set_Out0 = pid.Out0;
}
float Get_Pv(void) //Pv意为当前测量值，即当前温度
{
return Get_Temperture();
}
void PID_Calc(void) //PID算法
{
float Pout,Iout,Dout;
float out;
if ( pid.cnt > pid.T ) //控制计算周期
{
pid.cnt = 0;
pid.Pv = Get_Pv();
pid.Ek = pid.Sv – pid.Pv; //计算偏差
pid.SumEk += pid.Ek; //偏差累积
Pout = pid.Kp * pid.Ek; //比例控制
Dout = pid.Kd * (pid.Ek – pid.Ek_1); //微分控制
if(pid.Pv>(pid.Sv-1)) //当测量值非常接近目标值的时候加入积分控制
{
Iout = pid.Ki * pid.SumEk; //积分控制
out = Pout + Iout + Dout + pid.Out0;
}
else out = Pout + Dout + pid.Out0; //测量值距离目标值较远时只使用PD控制
if ( out > pid.cycle ) pid.Out = pid.cycle; //限幅
else if ( out < 0 ) pid.Out = 0;
else pid.Out = out;
PWM_ALL_Output(pid.Out); //控制PWM输出
pid.Ek_1 = pid.Ek; //进行下一次PID运算之前，将本次偏差变为上次偏差
}
}
审核编辑：刘清