基于DSP的PID控制算法的研究

寇潔

摘要：隨著計算機和信息技術的不斷進步，數字信號處理器（DSP）技術得以飛速發展，DSP憑借其高效的實時性使得其在數據信號處理方面應用有著廣泛的。PID控制算法要求控制器具有快速運算、快速響應的能力，單片機在這方面處理能力遠不如DSP。本文將PID控制算法和DSP技術相結合，詳細闡述了基于DSP的PID控制算法，為PID控制算法在實際工程中的應用奠定了基礎。

Abstract： With the continuous advancement of computers and information technology， digital signal processor （DSP） technology has been developing rapidly. With its efficient real-time nature， DSP has a wide range of applications in data signal processing. The PID control algorithm requires the controller to have fast computing and fast response capabilities， and the processing capability of the single-chip microcomputer is far inferior to that of the DSP. This paper combines PID control algorithm with DSP technology， expounds the PID control algorithm based on DSP in detail， and lays the foundation for the application of PID control algorithm in practical engineering.

關鍵詞：DSP;PID;控制算法

0? 引言

比例、積分、微分控制，又稱PID控制[1]，PID控制憑借其穩定性好、可靠性好、結構簡單、使用方便等優點廣泛應用于實際工程中。PID控制可解決實際控制系統中往往無法獲取被控對象結構、參數或系統的數學模型這一問題。即當我們不完全了解控制系統和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統參數時，最適合用PID控制技術。PID控制器的原理就是根據系統的誤差，合理選擇比例、積分、微分參數，計算出控制量并進行控制[2]。隨著計算機和信息技術的不斷發展，DSP技術得以飛速發展，其具有強大的數據處理能力和高速運行速度，較高的品質和抗干擾性能，DSP可實現模擬處理不能實現的功能。目前DSP技術已廣泛應用于各工程領域，在各行各業都具有很廣的應用前景[3]。

因此將PID控制算法和DSP相結合，實現基于DSP的PID控制算法的研究具有非常重要的意義。

1? PID 控制算法

1.1 PID控制算法的基本概念

PID控制系統結構組成如圖1所示。

其中，r（t）為PID控制期望值值，u（t）為PID控制輸出值，c（t）為系統反饋值，e（t）為系統偏差值，e（t）=r（t）-u（t）。

比例控制，即P，其輸出為e（t）乘以一個常數。

積分控制，即I，其輸出為對e（t）進行積分運算。

微分控制，即D，其輸出為e（t）進行微分運算。

從圖1可以看出，PID控制算法實際上是將期望值與測量反饋值進行比較，得到的偏差經過P、I、D這些控制環節形成控制量，對控制對象進行控制。

1.2 模擬PID控制算法

在模擬控制系統中，控制器最常用的控制規律為模擬PID控制，模擬PID控制規律的表達式如下式所示：

其中kp為比例環節系數;Ti為積分時間常數;Td為微分時間常數;具體說明如下式所示：

1.3 數字PID控制算法

計算機只能處理離散量，不能對系統進行連續控制，由于這一特點實際工程中需要對模擬PID控制算法進行離散化處理，形成數字PID 控制算法，具體如下式所示：

2? 基于DSP的PID控制算法

2.1 DSP簡介

研究中系統微處理器采用TI公司的高性能32位浮點DSP：TMS320C6713。其主頻最高可達225MHz，提供每秒高達13.5億萬次浮點運算，每秒執行18.00億指令。TMS320C6713芯片內核是Veloci TI結構，可在8個功能單元內同時處理8條32位指令。控制算法對算法的快速性要求較高，所選用TMS320C6713作為處理器，能夠滿足算法對數據處理的要求[5]。

系統的存儲部分包括192K的片內RAM和64M的片外SDRAM。其中片內RAM地址范圍為00000000-0002FFFF。DSP訪問片外存儲器必須通過EMIF，TMS320C6713將整個外部空間容量為64M分為4個空間CE0～CE3，每個CE空間彼此獨立，可以進行不同的訪問控制。

2.2 軟件設計

系統軟件程序流程圖如圖2所示，一次完整的PID控制算法流程圖如圖3所示[6][7]。

3? 結論

本文將PID控制算法和DSP相結合，進行了基于DSP的PID控制算法研究，詳細闡述了PID控制原理、基于DSP的PID控制算法軟件設計。為PID算法在實際工程中的應用奠定了基礎。

參考文獻：

[1]唐玉紅.PID控制方法研究[J].電子世界，2019（7）.

[2]許傳遠，王東瑞，蔡宇.基于PLC的溫度PID控制的研究與設計[J].山東工業技術，2009（14）.

[3]張元元，程偉華，靳生梅.淺談DSP技術的發展[J].網絡財富，2010（16）.

[4]李輝，史榮珍.PID控制器參數整定與分析[J].電腦知識與技術，2019（15）.

[5]王鵬，簡秦勤，范俊鋒.基于TMS320C6000 DSP及DSP/BIOS系統的Flash引導自啟動設計[J].電子元器件應用，2012（14）.

[6]盧建洲.閉環控制系統中PID控制器的實現[J]. 電工技術，2006（9）.

[7]王鎖，時培成，徐增偉.基于DSP的雙直流電機控制系統設計[J].河北科技大學學報，2017（38）.