[发明专利]一种控制电机的硬件自适应PID控制器及其控制方法

权利要求书

1.一种控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，该PID控制器包括：

第一加法器，用于将目标值与实测值作差得到误差；

PID系数调整步长确定电路，用于根据第一加法器输出的误差和上一周期的积分系数、比例系数和微分系数的调整步长分别确定本周期积分系数、比例系数和微分系数的调整步长；

第一加法器组，用于将PID系数调整步长确定电路确定的本周期积分系数、比例系数和微分系数的调整步长分别与上一周期的积分系数、比例系数和微分系数相加，得到本周期的积分系数、比例系数和微分系数；

乘法器组，用于将加法器组得到的积分系数、比例系数和微分系数分别与误差、误差、以及误差的微分相乘，得到三个乘积；

第二加法器组，用于将乘法器组输出的积分系数与误差的乘积经过积分运算后，与比例系数与误差的乘积和微分系数与误差的微分的乘积相加，得到PID控制值。

2.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，PID控制器所包括的所有加法器中任意多个加法器由一个加法器分时复用实现。

3.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于PID控制器所包括的所有乘法器中任意多个乘法器由一个乘法器分时复用实现。

4.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，PID系数调整步长分为四个级别：高、中、低、以及0。

5.如权利要求1或4所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，误差从高到低分为正数上的8个窗口和负数上的8个窗口。

6.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，调整步长的确定满足以下原则：根据本周期的误差值处于高值、中值、低值还是0窗口，本周期的PID系数调整步长确定为相应级别，同时，本周期的PID系数调整步长相对于上一周期的调整步长逐级改变。

7.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，输出的PID控制值直接控制脉冲宽度调制PWM的宽度，如果出现PID控制值的数据位宽大于PWM可调整位宽的情况，则取PID控制值的低位数据，并且PID控制值大于脉冲宽度调制PWM可调整位宽时关闭电机，并上报错误。

8.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，PID各系数的初值由微控制单元配置给出。

9.如权利要求1所述的控制电机的硬件自适应PID控制器，其特征在于，输出的PID控制值基于不同电机的特性软件映射到不同的脉冲宽度调制PWM控制参数。

10.一种硬件自适应PID控制器的控制方法，该方法包括如下步骤：

将目标值与实测值相减得到误差值；

根据误差大小和上一周期积分系数、比例系数和微分系数的调整步长确定本周期积分系数、比例系数和微分系数的调整步长；

将所确定的积分系数、比例系数和微分系数的调整步长分别与上一周期的积分系数、比例系数和微分系数相加得到本周期的积分系数、比例系数和微分系数；

将得到的本周期的积分系数、比例系数和微分系数分别与误差、误差和误差的微分相乘；

将积分系数和误差的乘积经过积分运算后，与比例系数和误差的乘积以及微分系数和误差的微分的乘积相加求和，得到PID控制器的控制值。