根據代碼分析，以下是針對PID算法和光敏傳感器系統的優化建議，分為算法優化、代碼結構優化和系統級優化三部分：

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一、PID算法優化

1. 增量式PID + 輸出平滑

// 修改PID計算函數
uint16_t PID_calculation_fun(void) {if(PID_Str_Val.Tdata >= PID_Str_Val.T) {// 增量式PID計算float delta = PID_Str_Val.Kp * (PID_Str_Val.En - PID_Str_Val.En_1) +PID_Str_Val.Ki * PID_Str_Val.En + PID_Str_Val.Kd * (PID_Str_Val.En - 2*PID_Str_Val.En_1 + PID_Str_Val.En_2);// 輸出變化率限制（避免突變）if (delta > PID_Str_Val.max_delta) delta = PID_Str_Val.max_delta;else if (delta < -PID_Str_Val.max_delta) delta = -PID_Str_Val.max_delta;// 低通濾波平滑輸出PID_Str_Val.Dout = PID_Str_Val.output_alpha * delta + (1 - PID_Str_Val.output_alpha) * PID_Str_Val.Dout;PID_Str_Val.currpwm += PID_Str_Val.Dout;// ...限幅和狀態更新}return (uint16_t)PID_Str_Val.currpwm;
}

優化點：

• 增量式算法減少階躍響應超調。
• 輸出變化率限制（max_delta）避免劇烈波動。
• 低通濾波（output_alpha）平滑最終輸出。

2. 動態參數調整

// 根據光照變化動態調整PID參數
if (fabs(PID_Str_Val.En) > 500) {  // 大誤差時增強響應PID_Str_Val.Kp = 0.8;PID_Str_Val.Ki = 0.05;
} else {                           // 小誤差時抑制振蕩PID_Str_Val.Kp = 0.3;PID_Str_Val.Ki = 0.01;
}

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二、輸入信號處理優化

1. 改進滑動平均濾波

// 使用加權滑動平均（近期數據權重更高）
float sum = 0, weight_total = 0;
for(int i=0; i<FILTER_WINDOW_SIZE; i++) {float weight = 1.0f / (i + 1);  // 權重遞減sum += filter_buffer[i] * weight;weight_total += weight;
}
PID_Str_Val.curr = sum / weight_total;

2. 死區處理

// 忽略微小誤差（避免頻繁調節）
if (fabs(PID_Str_Val.En) < PID_Str_Val.dead_zone) {PID_Str_Val.En = 0;
}

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三、系統級優化

1. 自適應采樣周期

// 根據光照變化速度動態調整采樣周期
if (fabs(PID_Str_Val.En - PID_Str_Val.En_1) > 200) {  // 快速變化時加速采樣PID_Str_Val.T = 20;  // 20ms
} else {PID_Str_Val.T = 50;  // 50ms
}

2. 硬件優化

• ADC配置：提高ADC采樣率（修改config.clk），減少軟件濾波壓力。
• GPIO抗干擾：在光敏傳感器輸入端添加RC低通濾波（如100Ω電阻 + 100nF電容）。

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四、代碼結構優化

1. 模塊化PID參數

typedef struct {float Kp, Ki, Kd;float T, Ti, Td;float dead_zone;float max_delta;float output_alpha;
} PID_Params;PID_Params fast_params = {0.8, 0.05, 0.1, 20, 30, 0.2, 10, 5, 0.3};
PID_Params slow_params = {0.3, 0.01, 0.05, 50, 50, 0.1, 5, 2, 0.5};

2. 狀態機管理

typedef enum {PID_STATE_INIT,PID_STATE_STEADY,PID_STATE_TRACKING
} PID_State;// 根據狀態切換參數
switch (current_state) {case PID_STATE_TRACKING:apply_params(fast_params);break;case PID_STATE_STEADY:apply_params(slow_params);break;
}

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五、參數調試建議

1. 調試順序：

   • 先調 P（Kp）至系統開始振蕩，然后減半。
   • 再調 I（Ki）至穩態誤差消除，但避免積分飽和。
   • 最后調 D（Kd）抑制超調。

2. 典型參數參考：

   PID_Str_Val.Kp = 0.5;   // 比例（根據實際響應調整）
   PID_Str_Val.Ki = 0.02;  // 積分（較小值防飽和）
   PID_Str_Val.Kd = 0.1;   // 微分（抑制高頻噪聲）
   PID_Str_Val.dead_zone = 20;  // 死區（約2%量程）
   PID_Str_Val.max_delta = 10;  // 單步最大變化量
   

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六、驗證與測試

1. 階躍響應測試：
   • 突然遮擋光源，觀察輸出是否平穩跟蹤。
2. 抗干擾測試：
   • 手動制造光照波動，檢查恢復速度。
3. 長期穩定性：
   • 連續運行24小時，確認無漂移或振蕩。

通過上述優化，系統將具有更平滑的響應、更低的抖動和更好的適應性。