主控：STM32F103C8T6

1. 電機(jī)測速

在進(jìn)行速度控制之前，我們首先需要進(jìn)行速度采樣，這里參見這篇博文

2. 電機(jī)驅(qū)動

? 這里不細(xì)說電機(jī)驅(qū)動模塊的選型和使用，而是說一個常見的誤區(qū)。我們驅(qū)動電機(jī)要使用兩路PWM，一般是一路給PWM信號，一路是純低電平。但這其實是不好的，正確的做法是一路給PWM，另一路給純高電平。此時PWM的占空比越低，電機(jī)的速度越快。

? 如果大家使用的是類似于A4950或者DRV8870這樣的電機(jī)驅(qū)動芯片，它們的數(shù)據(jù)手冊中都會有這樣的描述

? 這是DRV8870的，明確說明了PWM加高電平是最佳控制方式。

這是A4950的，用曲線圖的方式說明了PWM加高電平時電流會更加穩(wěn)定。

? 此外，如果使用PWM加高電平的控制方式，在設(shè)置速度為0時，兩路信號都會輸出純高電平，此時會觸發(fā)芯片的剎車模式，使得電機(jī)快速停止轉(zhuǎn)動，避免我們制作的小車出現(xiàn)剎不住車的情況。

3. 速度環(huán)實現(xiàn)

? PID的原理就不贅述了，我們直接看代碼。

? 現(xiàn)在我們已經(jīng)在定時器中斷中完成了電機(jī)的速度采樣，得到了電機(jī)的速度，接下來我們需要進(jìn)行PID計算，并輸出相應(yīng)占空比的PWM給電機(jī)。

? 但是在此之前，我們需要編寫PID的計算函數(shù)和進(jìn)行相關(guān)初始化，下面是代碼

PID.h部分

#ifndef _PID_H_
#define _PID_H_

#include "stm32f1xx.h"
#include "encoder.h"
#include <stdio.h>
#include "control.h"

//PID三個參數(shù)的值
#define KP_speed 2
#define KI_speed 0
#define KD_speed 0

typedef struct _PID//PID參數(shù)結(jié)構(gòu)體
{
    float kp,ki,kd;
    float err,lastErr;
    float integral,maxIntegral; //積分值
    float output,maxOutput;
}PID;

void PID_Init(void);
float Speed_PID_Realize(PID* pid,float target,float feedback);//一次PID計算

PID.c部分

#include "pid.h"
PID pid_speed;

/**********************************
 * 功能：PID結(jié)構(gòu)體參數(shù)初始化
 * 輸入：無
 * 返回：無
 * *******************************/
void PID_Init(void)//PID參數(shù)初始化
{
    pid_speed.err = 0;
    pid_speed.integral = 0;
    pid_speed.maxIntegral = 1000; 
    pid_speed.maxOutput = __HAL_TIM_GetAutoreload(&PWM_TIM);
    pid_speed.lastErr = 0;
    pid_speed.output = 0;
    pid_speed.kp = KP_speed;
    pid_speed.ki = KI_speed;
    pid_speed.kd = KD_speed;
}

/****************************************
 * 作用：速度環(huán)PID計算
 * 參數(shù)：PID參數(shù)結(jié)構(gòu)體地址；目標(biāo)值；反饋值
 * 返回值：無
 * ****************************************/
float Speed_PID_Realize(PID* pid,float target,float feedback)//一次PID計算
{
    pid->err = target - feedback;
    if(pid->err < 0.3 && pid->err > -0.3) pid->err = 0;//pid死區(qū)
    pid->integral += pid->err;
    
    if(pid->ki * pid->integral < -pid->maxIntegral) pid->integral = -pid->maxIntegral / pid->ki;//積分限幅
    else if(pid->ki * pid->integral > pid->maxIntegral) pid->integral = pid->maxIntegral / pid->ki;

    if(target == 0) pid->integral = 0; // 剎車時清空i


    pid->output = (pid->kp * pid->err) + (pid->ki * pid->integral) + (pid->kd * (pid->err - pid->lastErr));//全量式PID

    //輸出限幅
    if(target >= 0)//正轉(zhuǎn)時
    {
        if(pid->output < 0) pid->output = 0;
        else if(pid->output > pid->maxOutput) pid->output = pid->maxOutput;
    }
    else if(target < 0)//反轉(zhuǎn)時
    {
        if(pid->output < -pid->maxOutput) pid->output = -pid->maxOutput;
        else if(pid->output > 0) pid->output = 0;
    }

    pid->lastErr = pid->err;
    if(target == 0) pid->output = 0; // 剎車時直接輸出0
    return pid->output;
}

? 這里的速度環(huán)代碼在一般的PID上加了點東西。首先是PID死區(qū)，即err值很小時認(rèn)為err=0，讓速度發(fā)生很小的抖動時，PID輸出不會變化，避免大幅度震蕩的產(chǎn)生；其次是當(dāng)目標(biāo)值為0的時候讓積分部分和輸出同時等于0，使剎車更加迅速。

? PID_Init()函數(shù)需要放在main.c的循環(huán)之前，Speed_PID_Realize()函數(shù)需要放在定時器中斷的電機(jī)測速部分后面。

? 所以現(xiàn)在的定時器中斷函數(shù)如下

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//定時器回調(diào)函數(shù)，用于計算速度和PID計算
{	
    if(htim->Instance==GAP_TIM.Instance)//間隔定時器中斷，是時候計算速度了
    {
        /**********************************電機(jī)測速************************************/
        motor1.direct = __HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&ENCODER_TIM);//如果向上計數(shù)（正轉(zhuǎn)），返回值為0，否則返回值為1
        motor1.totalCount = COUNTERNUM_1 + motor1.overflowNum * RELOADVALUE_1;//一個周期內(nèi)的總計數(shù)值等于目前計數(shù)值加上溢出的計數(shù)值
        
        if(motor1.lastCount - motor1.totalCount > 19000) // 在計數(shù)值溢出時進(jìn)行防溢出處理
        {
            motor1.overflowNum++;
            motor1.totalCount = COUNTERNUM_1 + motor1.overflowNum * RELOADVALUE_1;//一個周期內(nèi)的總計數(shù)值等于目前計數(shù)值加上溢出的計數(shù)值
        }
        else if(motor1.totalCount - motor1.lastCount > 19000) // 在計數(shù)值溢出時進(jìn)行防溢出處理
        {
            motor1.overflowNum--;
            motor1.totalCount = COUNTERNUM_1 + motor1.overflowNum * RELOADVALUE_1;//一個周期內(nèi)的總計數(shù)值等于目前計數(shù)值加上溢出的計數(shù)值
        }
        
        motor1.speed = (float)(motor1.totalCount - motor1.lastCount) / (4 * MOTOR_SPEED_RERATIO * PULSE_PRE_ROUND) * 3000;//算得每秒多少轉(zhuǎn),除以4是因為4倍頻
        motor1.speed = Speed_Low_Filter(motor1.speed,speed_Record);
        motor1.lastCount = motor1.totalCount; //記錄這一次的計數(shù)值
        
        /***************************PID速度環(huán)**********************************/
        motor_Out = Speed_PID_Realize(&pid_speed,Target_Speed,motor1.speed);
        //Target_Speed是目標(biāo)速度，自行定義就好
        if(motor_Out >= 0)
    	{
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR1_TIM, MOTOR1_CHANNEL_FORWARD, 1000);
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR1_TIM, MOTOR1_CHANNEL_BACKWARD, 1000-motor_Out);
    	}
    	else
    	{
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR1_TIM, MOTOR1_CHANNEL_BACKWARD, 1000);
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR1_TIM, MOTOR1_CHANNEL_FORWARD, 1000+motor_Out);
    	}
        /**********************************************************************/
    }
}

如果覺得定時器中斷函數(shù)看起來很亂，可以將測速和PID分別封裝成函數(shù)，定時器中斷負(fù)責(zé)調(diào)用函數(shù)即可。

現(xiàn)在我們就已經(jīng)能實現(xiàn)電機(jī)的速度環(huán)控制了，剩下的就是進(jìn)行PID調(diào)參了。

4. 速度環(huán)調(diào)參

這里需要說明一下，我給電機(jī)測速加上了平均濾波，PID參數(shù)在濾波和不濾波的情況下會有比較大的區(qū)別

電機(jī)速度環(huán)比較好調(diào)，我的調(diào)參經(jīng)驗是這樣：

1. 先讓I=D=0，使P從很小值開始增加，直到電機(jī)的速度達(dá)到目標(biāo)速度的一半左右。
2. 一點點增大I，使得電機(jī)的速度能夠很快達(dá)到目標(biāo)值，哪怕有點震蕩、超調(diào)也沒事。
3. 增大D，使超調(diào)和震蕩逐步減小，還剩有一點點超調(diào)就行了。保留一點點超調(diào)是為了使達(dá)到穩(wěn)定所需的時間比較短。

為了更好地進(jìn)行PID調(diào)參，我們最好使用能畫曲線的串口上位機(jī)，這里推薦VOFA+，使用VOFA+進(jìn)行PID調(diào)參可以看這里

速度環(huán)調(diào)得好的效果應(yīng)該是這樣的：

上圖中，綠線是電機(jī)的實際速度，紅線是電機(jī)的目標(biāo)速度。我們主要檢查以下幾點：

1. 從靜止到正最大轉(zhuǎn)速
2. 從正最大轉(zhuǎn)速到反最大轉(zhuǎn)速
3. 從正最大轉(zhuǎn)速或反最大轉(zhuǎn)速到靜止

如果電機(jī)到正反最大轉(zhuǎn)速所需時間較短，有一點點超調(diào)，沒有震蕩；到靜止時所需時間很短，且沒有震蕩，那么就說明速度環(huán)調(diào)好了。

下圖展示了速度環(huán)調(diào)好后電機(jī)速度穩(wěn)定和停下來所需的時間

電機(jī)速度穩(wěn)定需要60ms左右，而停下來只需要20ms左右

當(dāng)然不同電機(jī)不同環(huán)境下情況會不一樣，我這里只是一個參考。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-419236.html

到了這里，關(guān)于【STM32】使用HAL庫進(jìn)行電機(jī)速度環(huán)PID控制，代碼+調(diào)參的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！