PID的控制量和反馈信号的关系

　　在PID控制系统中，计算出的控制量（输出）和反馈信号（Process Variable, PV）并不必须是相同的物理量，但两者必须通过合理的转换关系建立联系，以确保控制逻辑的有效性。以下是关键分析：

　　（1）核心原则：量纲一致性
　　允许不同物理量：PID的输入（误差）和输出可以是不同物理量，但需通过标度变换或传递函数建立关联。
　　示例：
　　　　温度控制：反馈是温度（℃），输出是PWM占空比（%）。
　　　　速度控制：反馈是转速（RPM），输出是电压（V）或电流（mA）。
　　（2）典型应用场景
　　1) 不同物理量的控制

 

　　2) 代码实现（温度→PWM占空比）

float PID_Output = PID_Calculate(desired_temp, current_temp); // 输出为无量纲值
TIM1->CCR1 = (uint16_t)(PID_Output * MAX_PWM); // 转换为PWM占空比

　　（3）关键处理技术
　　　　1) 归一化（Normalization）
　　　　将不同量纲的信号统一到相同范围（如0~1）：

// 温度反馈归一化（假设量程0~100℃）
float normalized_pv = current_temp / 100.0f;
// PID输出反归一化为电压（0~10V）
float output_voltage = PID_Output * 10.0f;

　　　　2) 物理模型转换
　　　　通过数学模型连接不同物理量：

// 电机控制：转速（RPM）→ 电压（V）
float voltage = K * desired_rpm + friction_compensation;

　　　　3) 查表法（LUT）
　　　　复杂非线性关系时使用查表：

// 压力→阀门开度（非线性）
uint8_t valve_open = valve_LUT[(int)(current_pressure * 10)];

　　（4）注意事项
　　动态响应匹配：
　　　　反馈信号和输出信号的响应速度需协调（如温度变化慢，PWM调节需平滑）。
　　单位一致性：
　　　　PID参数（Kp/Ki/Kd）需根据实际物理量调整单位。
　　　　例如：温度误差1℃ → PWM变化5%，则Kp=5.0（%/℃）。
　　饱和处理：
　　　　不同物理量可能有不同的输出限幅（如电压不超过12V）。
　　（5）特殊案例
　　多层级控制（串级PID）
　　外层PID输出作为内层PID的目标值：
　　　　速度环（RPM）→ 电流环（A）→ 实际PWM输出

// 外层PID（速度→电流）
float target_current = Outer_PID(desired_rpm, current_rpm);
// 内层PID（电流→PWM）
float pwm_duty = Inner_PID(target_current, sense_current);

　　（6）总结
　　PID输入/输出可为不同物理量，但需通过标度变换、数学模型或查表建立关联。
　　设计要点：
　　　　确保控制链路的物理逻辑合理。
　　　　处理单位转换和限幅。
　　　　匹配动态响应特性。
　　优势：灵活适配复杂控制系统（如温度、压力、运动等多物理量耦合场景）。