基于stm32f103实现电机的速度调控--pid算法实现速度环(开源) ...

 一、PID算法先容

PID算法，即比例-积分-微分控制算法，是一种广泛应用的控制策略。在自动控制体系中，PID控制器根据体系的输入（设定值）和输出（实际值）之间的偏差，通过比例、积分和微分三种运算方式，产生适当的控制信号，从而实现对被控对象的精确控制。
一、PID算法的基本原理
PID算法的焦点头脑是根据偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）来盘算控制量。这三种运算方式在控制过程中起到了差别的作用：

• 比例控制（P）：根据偏差的巨细直接调整控制量，偏差越大，控制量调整幅度越大。比例控制可以或许敏捷响应偏差的变化，但可能导致体系振荡。
  
• 积分控制（I）：对偏差进行积分运算，以消除体系中的稳态误差。积分控制可以或许逐渐减小偏差，使体系趋于稳定，但可能导致体系响应速度变慢。
  
• 微分控制（D）：根据偏差的变化率来调整控制量，具有猜测偏差趋势的能力。微分控制可以或许提前调整控制量，以抑制体系振荡，提高体系的稳定性。
  

二、PID算法的应用场景

PID算法因其简朴、实用、鲁棒性强的特点，在各个领域得到了广泛应用。以下是一些典型的应用场景：

• 工业自动化：PID控制器在工业自动化领域中具有重要职位，如温度控制、压力控制、流量控制等。
  
• 机器人控制：PID算法可用于机器人的活动控制，如轨迹跟踪、姿态调整等。
  
• 航空航天：PID控制器在航空航天领域也发挥着重要作用，如飞机姿态控制、卫星轨道控制等。
  

三、PID算法的优缺点

PID算法的优点主要表现在以下几个方面：

• 原理简朴：PID算法基于基本的数学运算，易于明白和实现。
  
• 适应性强：PID算法可以或许适应各种非线性、时变和不确定性体系，具有较强的鲁棒性。
  
• 控制效果好：通过公道调整PID参数，可以实现较高的控制精度和稳定性。
  

然而，PID算法也存在一些缺点：

• 参数调整困难：PID算法的参数（比例系数、积分系数、微分系数）需要根据具体体系进行调整，调整过程可能较为繁琐。
  
• 可能存在超调现象：在某些情况下，PID控制器可能导致体系超调，即控制量过大或过小，影响体系稳定性。
  

四、基本原理及代码实现

        通过红外对射及码盘的团结搭配测得实际速度，再设定目标速度，pid算法根据目标速度及实际速度进行调控。
main.c

1. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
2. #include "Delay.h"
3. #include "OLED.h"
4. #include "CountSensor.h"
5. #include "mortpwm.h"
6. #include "Motor.h"
7. #include "usart.h"
8. #include "Timer.h"
9. float num;
10. extern int CountSensor_Count;
11. float speed;
12. // PID控制器结构体  
13. typedef struct {  
14.     float Kp;     // 比例系数  
15.     float Ki;     // 积分系数  
16.     float Kd;     // 微分系数  
17.     float SetPoint; // 目标值  
18.     float ProcessVariable; // 过程变量（当前速度）  
19.     float ErrorSum; // 误差和  
20.     float LastError; // 上一次误差  
21.     float Output; // PID输出  
22. } PIDController;
23. // 初始化PID控制器的函数  
24. void PID_Init(PIDController *pid, float kp, float ki, float kd, float setPoint) {  
25.     pid->Kp = kp;             // 设置比例系数  
26.     pid->Ki = ki;             // 设置积分系数  
27.     pid->Kd = kd;             // 设置微分系数  
28.     pid->SetPoint = setPoint; // 设置目标值  
29.     pid->ProcessVariable = 0.0f; // 初始化过程变量  
30.     pid->ErrorSum = 0.0f;     // 初始化误差累积和  
31.     pid->LastError = 0.0f;     // 初始化上一次误差  
32.     pid->Output = 0.0f;       // 初始化输出值  
33. }
34. // 计算PID控制器输出的函数  
35. float PID_Calculate(PIDController *pid, float processVariable) {  
36.     float error = pid->SetPoint - processVariable; // 计算当前误差  
37.     pid->ErrorSum += error;                       // 更新误差累积和  
38.     float derivative = error - pid->LastError;    // 计算误差的微分  
39.     pid->Output = pid->Kp * error                 // 比例项  
40.                    + pid->Ki * pid->ErrorSum       // 积分项  
41.                    + pid->Kd * derivative;         // 微分项  
42.     pid->LastError = error;                       // 更新上一次误差  
43.     pid->ProcessVariable = processVariable;       // 更新过程变量  
44.     return pid->Output;                           // 返回PID输出值  
45. }
47. int main(void)
48. {
49.         /*模块初始化*/
50.         OLED_Init();                        //OLED初始化
51.         CountSensor_Init();                //计数传感器初始化
52.         Motor_Init();       
53.         mortpwm_Init();
54.         Timer_Init();
55.         uart_init(9600);
56.         /*显示静态字符串*/
57.         OLED_ShowString(1, 1, "Count:");        //1行1列显示字符串Count:
58.         static PIDController speedPID;  // 定义并初始化PID控制器
59.         static int initialized = 0; // 用于判断PID是否已初始化  
60.         while (1)
61.         {
62.                 if (!initialized) {  
63.                                 PID_Init(&speedPID, 0.2f, 0.01f, 0.001f, 2.5f); // 初始化PID，目标速度为2.5
64.                                 initialized = 1;  
65.                 }
66.                
67.                 // 计算PID输出  
68.                 float pwmValue = PID_Calculate(&speedPID, speed);
69.                 OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);                //OLED不断刷新显示CountSensor_Get的返回值
70.                                 // 设置电机PWM值  
71. //                printf("%.3f\r\n",pwmValue);
72.                 Goahead(pwmValue*10);
73.         }
74. }
75. /**
76.   * 函    数：TIM3中断函数
77.   * 参    数：无
78.   * 返 回 值：无
79.   * 注意事项：此函数为中断函数，无需调用，中断触发后自动执行
80.   *           函数名为预留的指定名称，可以从启动文件复制
81.   *           请确保函数名正确，不能有任何差异，否则中断函数将不能进入
82.   */
83. void TIM3_IRQHandler(void)
84. {
86.         if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET)                //判断是否是TIM2的更新事件触发的中断
87.         {
88.                 num=CountSensor_Get();                //Num变量获取20孔码盘所经过的孔数
89.                 speed=num/20.000;         //每秒获取到的num数除以20为圈数，speed为每秒多少圈
90.                 printf("每秒%.3f\r\n",speed);//串口打印输出速度
91.                 CountSensor_Count=0;
92.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);                        //清除TIM2更新事件的中断标志位
93.                                                                                                                         //中断标志位必须清除
94.                                                                                                                         //否则中断将连续不断地触发，导致主程序卡死
96.         }
97. }

复制代码

电机pwm控制转速
mortpwm.c

1. #include "stm32f10x.h"                  // Device header
2. #include "stm32f10x_tim.h"   
3. #include "mortpwm.h"   
4. void mortpwm_Init(void)
5. {
6.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
7.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
8. //        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
9.        
10. //        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//用来打开AFIO外设的时钟。AFIO外设用于控制引脚重映射功能。引脚重映射功能允许将某些外设的引脚映射到其他引脚上，以便更灵活地配置引脚功能。
11. //        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);//将TIM2定时器的引脚部分重映射到其他引脚上
12. //        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);//禁用JTAG调试接口。在某些情况下，需要释放JTAG接口的引脚以供其他功能使用，这时就需要禁用JTAG调试接口。
13.        
14. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;  // 定义一个GPIO_InitTypeDef类型的变量GPIO_InitStructure
15. //GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure2;
17. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  // 设置GPIO_InitStructure的GPIO模式为复用推挽输出
18. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;  // 设置GPIO_InitStructure的引脚为GPIOA的第0号引脚
19. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  // 设置GPIO_InitStructure的输出速度为50MHz
20. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  // 初始化GPIOA的引脚配置为GPIO_InitStructure所定义的配置
22. //GPIO_InitStructure2.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  // 设置GPIO_InitStructure的GPIO模式为复用推挽输出
23. //GPIO_InitStructure2.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;  // 设置GPIO_InitStructure的引脚为GPIOA的第0号引脚
24. //GPIO_InitStructure2.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  // 设置GPIO_InitStructure的输出速度为50MHz
25. //GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure2);  // 初始化GPIOA的引脚配置为GPIO_InitStructure所定义的配置       
27. TIM_InternalClockConfig(TIM2);  // 配置TIM2的内部时钟
28. //TIM_InternalClockConfig(TIM3);  // 配置TIM2的内部时钟
30. TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;  // 定义一个TIM_TimeBaseInitTypeDef类型的变量TIM_TimeBaseInitStructure
31. //TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure2;
33. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 设置时钟分频为不分频
34. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 设置计数模式为向上计数
35. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;  // 设置周期为100-1，即ARR寄存器的值
36. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;  // 设置预分频器的值为720-1，即PSC寄存器的值
37. TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;  // 设置重复计数器的值为0
38. TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);  // 初始化TIM2的时间基础设置为TIM_TimeBaseInitStructure所定义的配置
40. //TIM_TimeBaseInitStructure2.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;  // 设置时钟分频为不分频
41. //TIM_TimeBaseInitStructure2.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  // 设置计数模式为向上计数
42. //TIM_TimeBaseInitStructure2.TIM_Period = 100 - 1;  // 设置周期为100-1，即ARR寄存器的值
43. //TIM_TimeBaseInitStructure2.TIM_Prescaler = 720 - 1;  // 设置预分频器的值为720-1，即PSC寄存器的值
44. //TIM_TimeBaseInitStructure2.TIM_RepetitionCounter = 0;  // 设置重复计数器的值为0
45. //TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure2);  // 初始化TIM2的时间基础设置为TIM_TimeBaseInitStructure所定义的配置
48. TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;  // 定义一个TIM_OCInitTypeDef类型的变量TIM_OCInitStructure
49. TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);  // 初始化TIM_OCInitStructure为默认值
51. //TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure2;  // 定义一个TIM_OCInitTypeDef类型的变量TIM_OCInitStructure
52. //TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure2);  // 初始化TIM_OCInitStructure为默认值
54. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // 设置输出比较模式为PWM模式1
55. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 设置输出极性为高电平有效
56. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 启用输出
57. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;  // 设置脉冲值为0，即CCR寄存器的值，值越大，LED越暗
58. TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化TIM2的输出比较通道1为TIM_OCInitStructure所定义的配置
59. TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  // 初始化TIM2的输出比较通道1为TIM_OCInitStructure所定义的配置
60. TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  // 使能TIM2定时器
63. //TIM_OCInitStructure2.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;  // 设置输出比较模式为PWM模式1
64. //TIM_OCInitStructure2.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  // 设置输出极性为高电平有效
65. //TIM_OCInitStructure2.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;  // 启用输出
66. //TIM_OCInitStructure2.TIM_Pulse = 0;  // 设置脉冲值为0，即CCR寄存器的值，值越大，LED越暗
67. //TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure2);  // 初始化TIM2的输出比较通道1为TIM_OCInitStructure所定义的配置
69. //TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  // 使能TIM2定时器
70. }
72. void MORT_SetCompare1(uint16_t Compare)  //设置通道1的ccr的值
73. {
74.         TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
75.        
76. }
77. void MORT_SetCompare2(uint16_t Compare)  //设置通道1的ccr的值
78. {
79.         TIM_SetCompare2(TIM2, Compare);
80.        
81. }

复制代码

mortpwm.h

1. #ifndef __TIMER_H
2. #define __TIMER_H
3. #include "stdint.h"
4. void mortpwm_Init(void);
5. void MORT_SetCompare1(uint16_t Compare);
6. void MORT_SetCompare2(uint16_t Compare);
7. #endif

复制代码

五、测速结果

颠末一定时间速度到达2.5圈每秒，可给电机添加一定阻力减缓运转速度，通过pid调控后会加大pwm输出，从而调控其速度再次到达所设定值。

 
关于测速篇可看： 
测c基于stm32F103实现MH-Sensor红外对射模块加测速码盘进行测速
 
 源代码：链接: 通过百度网盘分享的文件：对射式红外传感器…
链接:https://pan.baidu.com/s/1bN8mKGs-qY6nfrjemnctpA?pwd=nxmx 
提取码:nxmx
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