STM32大功率直流有刷电机电流位置式PID闭环控制源程序与资料 -

/**
******************************************************************************
* 文件名程: main.c
* 作者: 硬石嵌入式开发团队
* 版本: V1.0
* 功能: 有刷直流电机位置闭环控制_位置式PID
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* 说明：
* 本例程配套硬石stm32开发板YS-F1Pro使用。
* 版权归硬石嵌入式开发团队所有，请勿商用。
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*/
/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "key/bsp_key.h"
#include "encoder/bsp_encoder.h"
#include "usart/bsp_usartx.h"
#include "DCMotor/bsp_BDCMotor.h"
#include "led/bsp_led.h"
/* 私有类型定义 --------------------------------------------------------------*/
typedef struct
{
__IO int32_t SetPoint; //设定目标 Desired Value
__IO float SumError; //误差累计
__IO float Proportion; //比例常数 Proportional Const
__IO float Integral; //积分常数 Integral Const
__IO float Derivative; //微分常数 Derivative Const
__IO int LastError; //Error[-1]
__IO int PrevError; //Error[-2]
}PID_TypeDef;
/* 私有宏定义 ----------------------------------------------------------------*/
/*************************************/
// 定义PID相关宏
// 这三个参数设定对电机运行影响非常大
// PID参数跟采样时间息息相关
/*************************************/
#define SPD_P_DATA 1.025f // P参数
#define SPD_I_DATA 0.215f // I参数
#define SPD_D_DATA 0.1f // D参数
#define TARGET_LOC 11880 // 目标速度 1 r
/* 私有变量 ------------------------------------------------------------------*/
__IO uint8_t Start_flag = 0; // PID 开始标志
__IO uint32_t Motor_Dir = CW; // 电机方向
__IO int32_t Loc_Pulse; // 编码器捕获值 Pulse
/* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------ */
extern __IO uint32_t uwTick;
/* PID结构体 */
PID_TypeDef sPID; // PID参数结构体
/* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
/* 私有函数原形 --------------------------------------------------------------*/
void PID_ParamInit(void) ;
int32_t LocPIDCalc(int32_t NextPoint);
/* 函数体 --------------------------------------------------------------------*/
/**
* 函数功能: 系统时钟配置
* 输入参数: 无
* 返回值: 无
* 说明: 无
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); // 使能PWR时钟
__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1); // 设置调压器输出电压级别1
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 外部晶振，8MHz
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 打开HSE
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; // 打开PLL
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; // PLL时钟源选择HSE
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8; // 8分频MHz
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336; // 336倍频
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2; // 2分频，得到168MHz主时钟
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7; // USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; // 系统时钟：168MHz
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; // AHB时钟： 168MHz
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4; // APB1时钟：42MHz
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; // APB2时钟：84MHz
HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5);
HAL_RCC_EnableCSS(); // 使能CSS功能，优先使用外部晶振，内部时钟源为备用
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000 1ms中断一次
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/100000 10us中断一次
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000 1us中断一次
HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000); // 配置并启动系统滴答定时器
/* 系统滴答定时器时钟源 */
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
/* 系统滴答定时器中断优先级配置 */
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}
/**
* 函数功能: 主函数.
* 输入参数: 无
* 返回值: 无
* 说明: 无
*/
int main(void)
{
/* 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器 */
HAL_Init();
/* 配置系统时钟 */
SystemClock_Config();
/* 串口初始化 */
MX_USARTx_Init();
/* LED初始化 */
LED_GPIO_Init();
/* 按键初始化 */
KEY_GPIO_Init();
/* 编码器初始化及使能编码器模式 */
ENCODER_TIMx_Init();
/* 高级控制定时器初始化并配置PWM输出功能 */
BDCMOTOR_TIMx_Init();
/* 设定占空比 */
PWM_Duty = 0;
SetMotorSpeed(PWM_Duty); // 0%
/* PID 参数初始化 */
PID_ParamInit();
/* 无限循环 */
while (1)
{
/* 停止按钮 */
if(KEY1_StateRead()==KEY_DOWN)
{
if(sPID.SetPoint > 0)
{
Motor_Dir = CCW;
BDDCMOTOR_DIR_CCW();
}
else
{
Motor_Dir = CW;
BDDCMOTOR_DIR_CW();
}
Start_flag = 1;
}
if(KEY2_StateRead()==KEY_DOWN)
{
SHUTDOWN_MOTOR();
HAL_TIM_PWM_Stop(&htimx_BDCMOTOR,TIM_CHANNEL_1);
HAL_TIMEx_PWMN_Stop(&htimx_BDCMOTOR,TIM_CHANNEL_1); // 停止输出
}
if(KEY3_StateRead()==KEY_DOWN)//加速
{
sPID.SetPoint += 11880; // +1 r
}
if(KEY4_StateRead()==KEY_DOWN)//减速
{
sPID.SetPoint -= 11880; // -1 r
}
}
}
/**
* 函数功能: 系统滴答定时器中断回调函数
* 输入参数: 无
* 返回值: 无
* 说明: 每发生一次滴答定时器中断进入该回调函数一次
*/
void HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
int32_t tmpPWM_Duty = 0;
/* 速度环周期100ms */
if(uwTick % 100 == 0)
{
Loc_Pulse = (OverflowCount*CNT_MAX) + (int32_t)__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htimx_Encoder);
/* 计算PID结果 */
if(Start_flag == 1)
{
/* 限定速度 */
PWM_Duty = LocPIDCalc(Loc_Pulse);
if(PWM_Duty >= BDCMOTOR_DUTY_FULL/2)
PWM_Duty = BDCMOTOR_DUTY_FULL/2;
if(PWM_Duty <= -BDCMOTOR_DUTY_FULL/2)
PWM_Duty = -BDCMOTOR_DUTY_FULL/2;
/* 判断当前运动方向 */
if(PWM_Duty < 0)
{
Motor_Dir = CW;
BDDCMOTOR_DIR_CW();
tmpPWM_Duty = -PWM_Duty;
}
else
{
Motor_Dir = CCW;
BDDCMOTOR_DIR_CCW();
tmpPWM_Duty = PWM_Duty;
}
/* 输出PWM */
SetMotorSpeed( tmpPWM_Duty );
}
printf(" Loc: %d (Pulse) = %.3f (r) \n",Loc_Pulse, (float)Loc_Pulse/11880.0f);
}
}
/******************** PID 控制设计 ***************************/
/**
* 函数功能: PID参数初始化
* 输入参数: 无
* 返回值: 无
* 说明: 无
*/
void PID_ParamInit()
{
sPID.LastError = 0; // Error[-1]
sPID.PrevError = 0; // Error[-2]
sPID.Proportion = SPD_P_DATA; // 比例常数 Proportional Const
sPID.Integral = SPD_I_DATA; // 积分常数 Integral Const
sPID.Derivative = SPD_D_DATA; // 微分常数 Derivative Const
sPID.SetPoint = TARGET_LOC; // 设定目标Desired Value
}
/**
* 函数名称：位置闭环PID控制设计
* 输入参数：当前控制量
* 返回值：目标控制量
* 说明：无
*/
int32_t LocPIDCalc(int32_t NextPoint)
{
int32_t iError,dError;
iError = sPID.SetPoint - NextPoint; //偏差
if( (iError<50) && (iError>-50) )
iError = 0;
/* 限定积分区域 */
if((iError<400 )&& (iError>-400))
{
sPID.SumError += iError; //积分
/* 设定积分上限 */
if(sPID.SumError >= (TARGET_LOC*10))
sPID.SumError = (TARGET_LOC*10);
if(sPID.SumError <= -(TARGET_LOC*10))
sPID.SumError = -(TARGET_LOC*10);
}
dError = iError - sPID.LastError; //微分
sPID.LastError = iError;
return (int32_t)( (sPID.Proportion * (float)iError) //比例项
+ (sPID.Integral * (float)sPID.SumError) //积分项
+ (sPID.Derivative * (float)dError) ); //微分项
}
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