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第三次PID状态机

news 来源：原创 2025/8/23 3:23:12

以下是 apply_params 函数的实现步骤和代码示例：

1. 定义参数结构体

在头文件中定义 PID_Params 结构体，包含需要动态调整的 PID 参数：

// ms_hal_photo_sensor.h
typedef struct {float Kp;           // 比例系数float Ki;           // 积分系数（直接使用 Ki = Kp*T/Ti）float Kd;           // 微分系数（直接使用 Kd = Kp*Td/T）float T;            // 控制周期（单位：ms）float dead_zone;    // 死区阈值float max_delta;    // 单次最大输出变化量float output_alpha; // 输出平滑系数（0.0~1.0）
} PID_Params;

2. 定义预设参数集

在代码中预设不同场景的参数集合：

// ms_hal_photo_sensor1.c
// 快速跟踪参数（高响应速度）
static const PID_Params fast_params = {.Kp = 0.8,.Ki = 0.05,.Kd = 0.1,.T = 20,.dead_zone = 10,.max_delta = 20,.output_alpha = 0.2
};// 稳态参数（低噪声抑制）
static const PID_Params slow_params = {.Kp = 0.3,.Ki = 0.01,.Kd = 0.05,.T = 50,.dead_zone = 20,.max_delta = 5,.output_alpha = 0.5
};

3. 实现 apply_params 函数

编写函数将参数应用到全局 PID 控制结构体：

// ms_hal_photo_sensor1.c
/*** @brief 应用新的PID参数集* @param params PID参数结构体指针*/
void apply_params(const PID_Params* params) {if (params == NULL) {bk_printf("[ERROR] apply_params: NULL pointer!\r\n");return;}// 原子化更新参数（根据具体平台可能需要关中断）PID_Str_Val.Kp = params->Kp;PID_Str_Val.Ki = params->Ki;PID_Str_Val.Kd = params->Kd;PID_Str_Val.T = params->T;PID_Str_Val.dead_zone = params->dead_zone;PID_Str_Val.max_delta = params->max_delta;PID_Str_Val.output_alpha = params->output_alpha;// 重置误差历史（避免参数突变导致震荡）PID_Str_Val.En = 0;PID_Str_Val.En_1 = 0;PID_Str_Val.En_2 = 0;bk_printf("PID Params Updated: Kp=%.2f Ki=%.2f Kd=%.2f T=%.0fms\r\n", params->Kp, params->Ki, params->Kd, params->T);
}

4. 状态机集成

在定时器回调或控制循环中根据系统状态切换参数：

// ms_hal_photo_sensor1.c
typedef enum {PID_STATE_STEADY,     // 稳态PID_STATE_TRACKING    // 快速跟踪
} PID_State;static PID_State current_state = PID_STATE_STEADY;void photo_timer_handler(void) {// ...原有代码...// 动态切换参数逻辑static uint32_t error_integral = 0;error_integral += fabs(PID_Str_Val.En);// 每100ms评估一次状态static uint8_t eval_counter = 0;if (++eval_counter >= 5) { eval_counter = 0;if (error_integral > 1000) {  // 累计误差大，进入跟踪模式if (current_state != PID_STATE_TRACKING) {apply_params(&fast_params);current_state = PID_STATE_TRACKING;}} else {                      // 误差小，进入稳态模式if (current_state != PID_STATE_STEADY) {apply_params(&slow_params);current_state = PID_STATE_STEADY;}}error_integral = 0;  // 重置累计误差}
}

5. 关键点说明

  1. 原子化操作：
    在实时系统中，更新 PID 参数时可能需要关闭中断，确保参数赋值操作的完整性。

  2. 状态切换逻辑：
    示例中通过累计误差判断系统状态，实际可根据需求使用其他指标（如误差变化率）。

  3. 参数平滑过渡：
    若需更平滑的切换，可对参数进行插值过渡（如线性渐变）。

  4. 参数校验：
    可在 apply_params 中添加范围检查，防止非法值：

    if (params->Kp < 0 || params->Ki < 0 || params->Kd < 0) {bk_printf("[ERROR] Invalid PID parameters!\r\n");return;
}

完整调用示例

// 手动触发参数切换测试
void test_switch_params(void) {if (current_state == PID_STATE_STEADY) {apply_params(&fast_params);current_state = PID_STATE_TRACKING;} else {apply_params(&slow_params);current_state = PID_STATE_STEADY;}
}

通过这种设计，PID 参数可以根据系统状态动态调整，在响应速度和稳定性之间取得平衡。

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