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第三次PID状态机

news 来源：原创 2025/5/20 12:03:43

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

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。
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）。
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）。

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;
    }
}