本帖最后由 kaixuan520 于 2019-7-12 10:04 编辑
位置式PID控制
位置式PID控制是指在积分环节，对从0时刻到当前时刻的所有偏差进行积分，是非递推式的全局积分。
增量式PID控制
和位置式PID控制不同，增量式PID控制将当前时刻的控制量和上一时刻的控制量做差，以差值为新的控制量，是一种递推式的算法。
增量式PID控制的主要优点为：
①算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；
②计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；
③手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换[2] 。
由于增量式需要对控制量进行记忆，所以对于不带记忆装置的系统，只能使用位置式PID控制方式进行控制。
公式：
上代码：
使用定时器3作为PWM输出，频率为20KHz，调节占空比0-100%来改变电机速度
//TIM3初始化和输出GPIO初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStruct;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitTypeStruct);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitTypeStruct;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_Period = 99;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_Prescaler = 35; //20KHz
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitTypeStruct);
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitTypeStruct;
TIM_OCInitTypeStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitTypeStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitTypeStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitTypeStruct.TIM_Pulse = DutyCycle; //占空比
TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitTypeStruct);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
//使用定时器1作输入捕获，PWM输入模式，
//GPIO和定时器1初始化
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitTypeStruct;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitTypeStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitTypeStruct);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitTypeStruct;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_Period = TIM1_ARR;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_Prescaler = TIM1_PSC;
TIM_TimeBaseInitTypeStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseInitTypeStruct);
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitTypeStruct;
TIM_ICInitTypeStruct.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
TIM_ICInitTypeStruct.TIM_ICFilter = 0x0f;//对输入的脉冲进行滤波
TIM_ICInitTypeStruct.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM_ICInitTypeStruct.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
TIM_ICInitTypeStruct.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM_PWMIConfig(TIM1,&TIM_ICInitTypeStruct);
TIM_SelectInputTrigger(TIM1,TIM_TS_TI1FP1); //选择输入触发方式
TIM_SelectSlaveMode(TIM1,TIM_SlaveMode_Reset); //设置从机模式
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM1,TIM_MasterSlaveMode_Enable);//
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitTypeStruct;
NVIC_InitTypeStruct.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn;//输入捕获中断线
NVIC_InitTypeStruct.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_InitTypeStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitTypeStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_Init(&NVIC_InitTypeStruct);
TIM_ITConfig(TIM1,TIM_IT_CC1,ENABLE);//使能通道1捕获中断
TIM_ClearITPendingBit(TIM1,TIM_IT_CC1);
TIM_Cmd(TIM1,ENABLE);
//通过输入捕获中断函数来取得电机编码器的频率，占空比，周期，从而计算出速度
uint16_t IC1V;
uint16_t IC2V;
void TIM1_CC_IRQHandler(void)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM1,TIM_IT_CC1);
IC1V = TIM_GetCapture1(TIM1);//周期us
IC2V = TIM_GetCapture2(TIM1);//占空比
if(IC1V!=0)
{
IC1V+=1;
IC2V+=1;
float d1 = ((float)IC1V/1000);
float d2 = ((float)IC2V/1000);
float f = (float)IC1V/1000000;
DutyCycle = 100*d2/d1;//占空比
Frequency = 1/f; //计算出编码器的频率
Period = (float)IC1V/1000;//周期ms
} else {
Frequency = 0;
DutyCycle = 0;
}
}
//再使用一个100ms的定时器来每秒10次的数据采集和控制，定时器初始化就不贴了，具体看附件
float M_PWM = 0;
float M_Speed = 0;
uint8_t xi=0;
void TIM2_IRQHandler(void)//100ms定时器中断
{
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET)
{
//if(Frequency!=0) {
GPIOB->ODR ^= GPIO_Pin_5;
M_Speed = Frequency;
M_Speed /= 20;
Frequency = 0;
int value = Compute_PID((uint16_t)(M_Speed*100));//进行PID计算，返回PWM占空比
int y = value;
float n = value/100;
M_PWM += n;
if(xi==0) {//没500ms向串口发送一次数据
printf("当前转速：%0.2f\r\n",M_Speed);
printf("目标转速：%d\r\n",(uint16_t)PID_Struct->SetPoint/100);
printf("P:%0.4f,I:%0.4f,D:%0.4f,LE:%d,PE:%d,VO:%d,MO:%d\r\n",//PID相关参数信息，
PID_Struct->Proportion,PID_Struct->Integral,PID_Struct->Derivaltive,
PID_Struct->LastError,PID_Struct->PreError,y,(int)M_PWM);
printf("Period:%0.4fms, Frequency:%0.4fHz, DutyCycle:%0.4f%%\r\n",Period,Frequency,DutyCycle);//PWM输出的周期，频率，占空比
printf("\r\n\r\n");
}
xi++;
xi%= 5;
if(M_PWM>100)M_PWM = 100; //防止越过最大和最小控制量
if(M_PWM<0)M_PWM = 0;
TIM_SetCompare1(TIM3,(uint16_t)M_PWM);
//}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);
}
}
PID算法结构体
typedef struct {
int SetPoint; //设定值
long SumError; //累计误差
double Proportion; //比例
double Integral; //积分
double Derivaltive; //微分
int LastError; //上次误差
int PreError; //上上次误差
} PID_S;
static PID_S PID_Struct_;
static PID_S *PID_Struct = &PID_Struct_;
//main：
/PID参数整定方法请转各大论坛查找教程，这里不详细介绍
PID_Struct->Proportion = 1.92;
PID_Struct->Integral = 1.65;
PID_Struct->Derivaltive = 0.116;
PID_Struct->SetPoint = 80*100;
//PID计算
int Compute_PID(uint16_t nowValue)
{
register int iError,Ouk;
iError = PID_Struct->SetPoint - nowValue;//当前误差
// PID_Struct ->SumError += iError;
Ouk = (PID_Struct->Proportion * iError)
- (PID_Struct->Integral * PID_Struct->LastError)
+ (PID_Struct->Derivaltive *PID_Struct->PreError);
PID_Struct->PreError = PID_Struct->LastError;
PID_Struct->LastError = iError;
return Ouk;
}
电路方面制作
电机使用12V扫地机器人的电机，编码器使用每圈20次脉冲的光电编码器
使用LM393电压比较器对光电编码器输出进行稳定和优化
电路图：
编码器输出波形图：
波形还是比较完美的
电机驱动使用L298N，连接图:
串口打印数据：
视频演示PWM输出效果：https://share.weiyun.com/5idpKLF
增大阻力和调节速度都能快速回到设定值以下为附件信息
STM32源码：
PID_直流调速.rar
(349.35 KB, 下载次数: 156)
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