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PID原理 PID算法是一种闭环控制系统中常用的算法#xff0c;它结合了比例#xff08;P#xff09;、积分#xff08;I#xff09;和微分#xff08;D#xff09;三个环节#xff0c;以实现对系统的控制。它的目的是使
控制系统的输出值尽可能接近预…STM32使用PID调速
PID原理 PID算法是一种闭环控制系统中常用的算法它结合了比例P、积分I和微分D三个环节以实现对系统的控制。它的目的是使
控制系统的输出值尽可能接近预期的目标值。
在PID算法中控制器通过不断地测量实际输出值和目标值之间的误差并使用比例、积分和微分部分的控制参数来调整控制系统的输出
值。比例部分根据误差的大小进行控制其输出与误差成正比。积分部分根据误差的历史累积值进行控制其输出与误差积分的结果成正
比。微分部分根据误差的变化率进行控制其输出与误差变化率成正比。
将这三个部分组合起来就得到了PID算法。PID控制器不断地对系统进行测量和调整直到实际输出值接近目标值为止。
连续性公式 u ( t ) K p ∗ e ( t ) K i ∗ ∫ 0 t e ( t ) d t k d ∗ d e ( t ) d t u(t)K_{p}*e(t)K_{i}*\int_{0}^{t} e(t)dtk{d}*\frac{de(t)}{dt} u(t)Kp∗e(t)Ki∗∫0te(t)dtkd∗dtde(t) 离散性公式 u ( t ) K p ∗ e ( t ) K i ∗ ∑ n 0 t e ( n ) k d ∗ [ e ( t ) − e ( t − 1 ) ] u(t)K_{p}*e(t)K_{i}*\sum_{n0}^{t} e(n)k{d}*[e(t)-e(t-1)] u(t)Kp∗e(t)Ki∗n0∑te(n)kd∗[e(t)−e(t−1)]
比例系数Kp 比例系数Kp的作用是根据当前误差的大小来调整控制器的输出。Kp越大控制器对误差的灵敏度越高系统的响应速度越快但可能会出现过大的超调。Kp越小控制器对误差的灵敏度越低系统的响应速度越慢但系统的稳定性较好。快积分系数Ki 积分系数Ki的作用是根据误差的历史累积值来调整控制器的输出。Ki越大控制器对误差的累积量越大系统的稳态误差消除越快但可能会出现过大的超调。Ki越小控制器对误差的累积量越小系统的稳态误差消除越慢但系统的稳定性较好。准微分系数Kd 微分系数Kd的作用是根据误差的变化率来调整控制器的输出。Kd越大控制器对误差变化率的灵敏度越高系统的响应速度越快但可能会出现过大的超调。Kd越小控制器对误差变化率的灵敏度越低系统的响应速度越慢但系统的稳定性较好。稳
PID使用
在工程文件中新建
pid.h
//pid.h
#ifndef __BSP_PID_H
#define __BSP_PID_H
#include stm32f1xx.h
#include usart.h
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include tim.h/*pid*/
typedef struct
{float target_val;float actual_val;float err;float err_last;float err_sum;float Kp,Ki,Kd;
}PID_struct;void PID_Init(PID_struct *pid);
float P_realize(PID_struct * pid, float actual_val);
float PI_realize(PID_struct * pid, float actual_val);
float PID_realize(PID_struct * pid, float actual_val);#endif结构体中储存pid的参数目标值、当前值、误差、kp、ki、kd等等
pid.c
//pid.c
#include pid.hvoid PID_Init(PID_struct *pid)
{printf(PID_Init begin \n);pid-target_val1.0;pid-actual_val0.0;//误差pid-err0.0;pid-err_last0.0;pid-err_sum0.0;//需要自己调节pid-Kp 120.0; //快pid-Ki 5.0; //准pid-Kd 0.3; //稳
}
float P_realize(PID_struct * pid, float actual_val)
{pid-actual_val actual_val;pid-err pid-target_val - pid-actual_val;pid-actual_val pid-Kp * pid-err;return pid-actual_val;
}float PI_realize(PID_struct * pid, float actual_val)
{pid-actual_val actual_val;pid-err pid-target_val - pid-actual_val;pid-actual_val pid-Kp*pid-err pid-Ki*pid-err_sum;return pid-actual_val;
}float PID_realize(PID_struct * pid, float actual_val)
{pid-actual_val actual_val;pid-err pid-target_val - pid-actual_val;pid-err_sum pid-err;pid-actual_val pid-Kp*pid-err pid-Ki*pid-err_sum pid-Kd*(pid-err-pid-err_last);pid-err_last pid-err;return pid-actual_val;
}一共有四个函数分别为PID初始化、P调节、PI调节、PID调节
传入参数为PID结构体和编码器测的速度
返回值为实际PWM值
使用main.c
#include main.h
#include tim.h
#include usart.h
#include gpio.h/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include string.h
#include stdio.h
#include motor.h
#include pid.h
#include oled.h
/* USER CODE END Includes */short Enc1_cnt 0;
short Enc2_cnt 0;
float motor1_speed 0.00;
float motor2_speed 0.00;
int PWM_MAX 1000, PWM_MIN -1000;
PID_struct motor1_pid;
PID_struct motor2_pid;
int motor1_pwm, motor2_pwm;
char oledBuf[20];void SystemClock_Config(void);int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();/* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM3_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM4_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start(htim3, TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_PWM_Start(htim3, TIM_CHANNEL_2);HAL_TIM_Encoder_Start(htim2, TIM_CHANNEL_ALL);HAL_TIM_Encoder_Start(htim4, TIM_CHANNEL_ALL);HAL_TIM_Base_Start_IT(htim2);HAL_TIM_Base_Start_IT(htim4);//PID初始化PID_Init(motor1_pid);PID_Init(motor2_pid);OLED_Init();OLED_ColorTurn(0);OLED_DisplayTurn(0);OLED_Clear();/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){motor1_pwm PID_realize(motor1_pid, motor1_speed);motor2_pwm PID_realize(motor2_pid, motor2_speed);Load_PWM(motor1_pwm, motor2_pwm);Enc1_cnt -(short)__HAL_TIM_GET_COUNTER(htim2);Enc2_cnt (short)__HAL_TIM_GET_COUNTER(htim4);motor1_speed (float)Enc1_cnt*100/45/11/4;motor2_speed (float)Enc2_cnt*100/45/11/4;printf(Enc1_cnt: %d\r\n, Enc1_cnt);printf(Enc2_cnt: %d\r\n, Enc2_cnt);printf(motor1_speed: %.3f\r\n, motor1_speed);printf(motor2_speed: %.3f\r\n, motor2_speed);//OLED显示sprintf(oledBuf, left_speed :%.3f,motor1_speed);OLED_ShowString(0, 40, (u8*)oledBuf, 12);sprintf(oledBuf, right_speed:%.3f,motor2_speed);OLED_ShowString(0, 52, (u8*)oledBuf, 12);OLED_Refresh();__HAL_TIM_SET_COUNTER(htim2, 0);__HAL_TIM_SET_COUNTER(htim4, 0);HAL_Delay(10);}}匿名上位机显示波形
匿名上位机下载
匿名上位机通信协议可参考这篇文章匿名上位机V7.12协议编程基于STM32F407CubeMXUART外设通信
使用
新建ano_upper.h
#ifndef STM32_ANO_UPPER_H
#define STM32_ANO_UPPER_H
#include main.h
#include usart.h//数据拆分宏定义在发送大于1字节的数据类型时比如int16、float等需要把数据拆分成单独字节进行发送#define BYTE0(dwTemp) ( *( (char *)(dwTemp) ) ) /*! uint32_t 数据拆分 byte0 */
#define BYTE1(dwTemp) ( *( (char *)(dwTemp) 1) ) /*! uint32_t 数据拆分 byte1 */
#define BYTE2(dwTemp) ( *( (char *)(dwTemp) 2) ) /*! uint32_t 数据拆分 byte2 */
#define BYTE3(dwTemp) ( *( (char *)(dwTemp) 3) ) /*! uint32_t 数据拆分 byte3 */void ANO_DT_Send_F1(uint16_t data1, uint16_t data2, uint16_t data3, uint16_t data4);
void ANO_DT_Send_F2(int16_t data1, int16_t data2, int16_t data3, int16_t data4);
void ANO_DT_Send_F3(int16_t data1, int16_t data2, int32_t data3);
#endif //STM32_ANO_UPPER_Hano_upper.c
#include ano_upper.h
/** 发送数据缓存 */unsigned char data_to_send[50]; //用于绘图/*
* brief 向上位机发送发送4个uint16_t数据
* param data1 发送给上位机显示波形 (可以自己加)
* return 无
* note 通过F1帧发送4个uint16类型数据
* see ANO_DT_Send_F1
*/
void ANO_DT_Send_F1(uint16_t data1, uint16_t data2, uint16_t data3, uint16_t data4)
{unsigned char _cnt0; //计数值unsigned char i 0;unsigned char sumcheck 0; //和校验unsigned char addcheck 0; //附加和校验data_to_send[_cnt] 0xAA; //帧头 0xAAdata_to_send[_cnt] 0xFF; //目标地址data_to_send[_cnt] 0xF1; //功能码0xF1data_to_send[_cnt] 8; //数据长度8个字节//单片机为小端模式-低地址存放低位数据 匿名上位机要求先发低位数据 所以先发低地址data_to_send[_cnt]BYTE0(data1);data_to_send[_cnt]BYTE1(data1);data_to_send[_cnt]BYTE0(data2);data_to_send[_cnt]BYTE1(data2);data_to_send[_cnt]BYTE0(data3);data_to_send[_cnt]BYTE1(data3);data_to_send[_cnt]BYTE0(data4);data_to_send[_cnt]BYTE1(data4);for(i0; i (data_to_send[3]4); i) //数据校验{sumcheck data_to_send[i]; //从帧头开始对每一字节进行求和直到DATA区结束addcheck sumcheck; //每一字节的求和操作进行一次sumcheck的累加};data_to_send[_cnt]sumcheck;data_to_send[_cnt]addcheck;HAL_UART_Transmit(huart1, data_to_send,_cnt,0xFFFF);
}
/*
* brief 向上位机发送发送4个int16_t数据
* param data1 发送给上位机显示波形 (可以自己加)
* return 无
* note 通过F2帧发送4个int16类型数据
* see ANO_DT_Send_F2
*/
void ANO_DT_Send_F2(int16_t data1, int16_t data2, int16_t data3, int16_t data4)
{unsigned char _cnt0; //计数值unsigned char i 0;unsigned char sumcheck 0; //和校验unsigned char addcheck 0; //附加和校验data_to_send[_cnt] 0xAA; //帧头 0xAAdata_to_send[_cnt] 0xFF; //目标地址data_to_send[_cnt] 0xF2; //功能码0xF2data_to_send[_cnt] 8; //数据长度8个字节//单片机为小端模式-低地址存放低位数据 匿名上位机要求先发低位数据 所以先发低地址data_to_send[_cnt]BYTE0(data1);data_to_send[_cnt]BYTE1(data1);data_to_send[_cnt]BYTE0(data2);data_to_send[_cnt]BYTE1(data2);data_to_send[_cnt]BYTE0(data3);data_to_send[_cnt]BYTE1(data3);data_to_send[_cnt]BYTE0(data4);data_to_send[_cnt]BYTE1(data4);for(i0; i (data_to_send[3]4); i) //数据校验{sumcheck data_to_send[i]; //从帧头开始对每一字节进行求和直到DATA区结束addcheck sumcheck; //每一字节的求和操作进行一次sumcheck的累加};data_to_send[_cnt]sumcheck;data_to_send[_cnt]addcheck;HAL_UART_Transmit(huart1, data_to_send,_cnt,0xFFFF);
}
/*
* brief 向上位机发送发送2个int16_t和1个int32_t数据
* param data1 发送给上位机显示波形 (可以自己加)
* return 无
* note 通过F3帧发送2个int16_t和1个int32_t数据
* see ANO_DT_Send_F3
*/
void ANO_DT_Send_F3(int16_t data1, int16_t data2, int32_t data3)
{unsigned char _cnt0; //计数值unsigned char i 0;unsigned char sumcheck 0; //和校验unsigned char addcheck 0; //附加和校验data_to_send[_cnt] 0xAA; //帧头 0xAAdata_to_send[_cnt] 0xFF; //目标地址data_to_send[_cnt] 0xF3; //功能码0xF2data_to_send[_cnt] 8; //数据长度8个字节//单片机为小端模式-低地址存放低位数据 匿名上位机要求先发低位数据 所以先发低地址data_to_send[_cnt]BYTE0(data1);data_to_send[_cnt]BYTE1(data1);data_to_send[_cnt]BYTE0(data2);data_to_send[_cnt]BYTE1(data2);data_to_send[_cnt]BYTE0(data3);data_to_send[_cnt]BYTE1(data3);data_to_send[_cnt]BYTE2(data3);for(i0; i (data_to_send[3]4); i) //数据校验{sumcheck data_to_send[i]; //从帧头开始对每一字节进行求和直到DATA区结束addcheck sumcheck; //每一字节的求和操作进行一次sumcheck的累加};data_to_send[_cnt]sumcheck;data_to_send[_cnt]addcheck;HAL_UART_Transmit(huart1, data_to_send,_cnt,0xFFFF);
}main.c
//使用F2帧模式发送4个int16类型数据
ANO_DT_Send_F2(motor1_speed*100, motor2_speed*100, 1.0*100, 1.0*100);显示 目标值为1.0 最终
