在數(shù)字pid控制器和模糊pi控制器的程序設(shè)計中需要用到大量的變量，為了便于以后的講解，首先定義一些程序中所要使用的變量名和公式中使用的變量名，如表1所示。

　　表1 公式中變量和程序中變量的對應(yīng)關(guān)系及意義表

續(xù)表

　　本案例首先設(shè)計一個數(shù)字pid控制器，現(xiàn)在假設(shè)它是一個對電動機速度進行pid控制的系統(tǒng)。圖1是pid控制器的原理框圖。

　　圖1 pid控制器的原理框圖

　　圖1中，r(t)是電機速度設(shè)定值，c(t)是電機轉(zhuǎn)速的實際測量值，e(t)是輸入控制器的偏差信號，勿⑺是控制器輸出的控制量，則pid控制算式如式4－1所示。

　　在式4-1中，kp是比例系數(shù)，起比例調(diào)整作用。ti是積分時間常數(shù)，它決定了積分作用的強弱。td是微分時間常數(shù)，它決定了微分作用的強弱。在pid控制的3種作用中，比例作用可對系統(tǒng)的偏差做出及時響應(yīng)；積分作用主要用來消除系統(tǒng)靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性，體現(xiàn)了系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標；微分作用主要用來減少動態(tài)超調(diào)，克服系統(tǒng)振蕩，加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。，pid控制的3種作用（比例、積分、微分）是各自獨立的，可以分別使用，也可以結(jié)合徒用，但是積分控制和微分控制不能單獨使用，必須和比例控制結(jié)合起來，形成pl控制器或者pd控制器。式4－1是模擬形式的pid控制算式，現(xiàn)在采用lf2407實現(xiàn)數(shù)字pid控制，則對式4-1離散化，得到pid控制的離散形式，如式4－2所示。

　　其中ts為采樣周期。這是位置式pid控制算式，為了增加控制系統(tǒng)的可靠性，采用增量式pid控制算式，即讓lf2407只輸出控制量u(k)的增量δu(k)。式4-2是第k次pid控制器的輸出量，那么第k－1次pid控制器的輸出量如式4－3所示。

　　方程式4-5就是本控制程序中用到的增量式pid控制算式。增量式pid控制與位置式πd控制相比僅是算法上有所改變，但是它只輸出增量，減少了dsp誤操作時對控制系統(tǒng)的影響，而且不會產(chǎn)生積分失控。本案例基于lf2407的pid控制器的實現(xiàn)框圖如圖2所示。

　　圖2 基于lf24o7的pid控制器的實現(xiàn)框圖

　　從圖2可以看出被控電機的速度設(shè)定量由dsp給出，經(jīng)過dsp計算出控制量u（k），對它進行da轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬控制量u（t），從而實現(xiàn)對被控電機速度的控制，而電機實際轉(zhuǎn)速c（t）通過ad轉(zhuǎn)換器送入dsp，使整個系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。如圖3所示是本案例設(shè)計的數(shù)字pid控制器在dsp上實現(xiàn)的控制程序流程圖。

　　圖3 基于lf24o7的數(shù)字pid控制器的程序流程圖

　　其次，本案例還要設(shè)計一個模糊pi控制器，它的硬件電路如圖2所示，和數(shù)字pid控制器的硬件電路是一樣的。模糊控制技術(shù)是建立在模糊數(shù)學的基礎(chǔ)上的，它是針對被控對象的數(shù)學模型不明確，或非線性模型的一種工程實用、實現(xiàn)簡單的控制方法。與傳統(tǒng)的pid控制器相比，模糊控制器有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，對過程參數(shù)的變化不敏感，即具有很強的魯棒性，能夠克服非線性因素的影響。

　　數(shù)字pid控制器是一種工業(yè)控制中通用的控制器，但是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，往往出現(xiàn)在某種情況下設(shè)計好的控制參數(shù)，在另一種情況下又不滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求了，而常規(guī)的數(shù)字pid控制器不具有在線整定參數(shù)kp、ki、kd的功能，使得其不能滿足系統(tǒng)在不同偏差絕對值h及偏差變化率絕對值｜△e｜下，對pid參數(shù)的不同要求，從而影響了控制器控制品質(zhì)的進一步提高。在本案例中，在數(shù)字pid控制器的基礎(chǔ)上，去掉數(shù)字pid控制器中的微分環(huán)節(jié)d，只采用pi控制器，并且采用模糊推理思想，根據(jù)不同的｜e｜和｜△e｜，對pi控制器的參數(shù)kp和ki進行在線自整定。其原理結(jié)構(gòu)由兩部分組成：常規(guī)pi控制器部分和模糊控制的參數(shù)校正部分，如圖4所示。

　　圖4 模糊pi控制器的原理框圖

　　從圖4中可以看出，r（k）是輸入設(shè)定值，c（k）是實際測量值，r（k）是輸人偏差信號，其h控制器的離散表示形式如式4-6所示。