用电机进行简单的PID参数整定
最近一直在学习PID的相关知识，网上有很多心得和口诀，看完过后感觉自己好像是懂了一些，但让自己实践一下又感觉无从下手，举手无措。所以今天我决定，直接上手一个简单的电机速度PID试试。
准备阶段
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一块主控板子 我这里刚好有一块原子的mini开发板，所以就用它了。其实任何一块最简单的STM32核心板都能完成功能。
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一个电机 我这里用的是平衡小车之家的减速比30:1的直流减速电机,需要注意的是需要带编码器作为位置反馈
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一块电机驱动
电机驱动这里用的是L298N,使用非常简单。方向控制,其中一个高电平一个低电平就能控制电机转了,假设左边高是正转,那么右边高便是反转,同时为高或同时为低则不转。实际我们是输入两个脉冲波进行控制，脉冲的占空比决定转速。
- 电源供给
我这里用的是12V的航模电池,其实学生电源也行,不过单片机是需要3.3伏的电压,没有降压模块的同学可以用usb给板子供电(usb是5伏,不过板子上有降3.3伏的芯片),然后注意和航模电池共地就好了
- USB转TTL模块
(图片来自淘宝)这个用于单片机通过串口向电脑反馈数据,然后通过上位机软件显示波形，便于观察和调试。上位机我这里用的是匿名的科创地面站v4.34。软件可以在他们的官网下载。 地址
嫌麻烦的也可以直接看运动效果（~ ^_ ^~）
电路搭建
电路搭建比较简单,简单说一下,航模电池引出两路,一路通过降压模块给开发板和编码器供电，一路连接电机驱动L298N。开发板通过PA9，PA10连接USB转TTL模块。要注意的是电机的接口有6根线，两根是电机+和电机-，两根是编码器电源和地,两根是编码器A相B相。AB相连接PA6和PA7。然后电机驱动的方向控制连接PA0和PA1（图中还没连）。这里的电机+ -,方向的控制引脚,和编码器的AB连接引脚不用固定。只要后面软件设定的正转是你想要的正转就行了，不对就交换下引脚好了。
软件搭建
- PWM初始化 这些就没必要贴了,原子例程里一堆
- 编码器初始化
static void TIM3_Mode_Config(void)//TIM3编码器模式
//PA6 ch1
//PA7 ch2
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
//- 正交编码器输入引脚 // PA6 A Pa7 B
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/*- TIM4编码器模式配置 -*/
TIM_DeInit(TIM3);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;//设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision =TIM_CKD_DIV1 ;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12,
TIM_ICPolarity_BothEdge ,TIM_ICPolarity_BothEdge);
//配置编码器模式触发源和极性4倍频
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure); //配置滤波器
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 6;
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新标志位
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE); //使能或者失能指定的TIM中断
TIM3->CNT = 0;//初始值为0
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //启动TIM3定时器
}
- 串口初始化
串口初始化比较简单,不过串口通信协议需要按照匿名上位机的写,这个在上位机里有相关协议和例程。
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定时器初始化
假定10ms控制一次
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简单的PID程序
这大概是最简单的PID了
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PID控制里一定要考虑的（重点）
网上的教程,原理讲的很透,但是实际运用起来，有些东西是必须要说明的
1 PWM的重装载值
这个值选择100或者10000，同一个函数运行起来，效果绝对是不一样的，本文选择1000（随缘取的，感觉不错，大家也可以选择100,10000,或者其他的~ ^ ^ ~），记住这个值，我们的PID控制输出最高值就应向这个值看齐
2 控制周期
这个值也非常重要，它既影响了控制效果（10ms控制一次和1s控制一次是不一样的），也影响了速度反馈的数值。我的速度反馈算法是最简陋的，算一个控制周期里编码器反馈的脉冲数。控制周期我选择 10ms，所以这里速度的单位为（ cnt/10ms）
3 期望值的范围
本文的的期望值就是希望得到的速度，这个值不是随便给的，粗略计算一下，假设我们的电机一秒最多能5圈，假设1圈1560个脉冲，那么1s反馈的脉冲数为1560*5=7800，在10ms里最多78个脉冲，所以我们的期望值应设在 -78到78（小数就不考虑了） 之间（单位 cnt/10ms）
4 输出值的范围
因为我们的pwm最大值为1000，那么我希望我的PID控制在（0——1200）之间比较合适，略微超出的限下幅就很舒服，假如输出范围为（0——10000），这就不太合理，超过1000的值都被限幅了，相当于整个电机大部分时间都在满转速运动（就变成了开环控制），控制效果就不好了。
假如如我期望速度为30,而刚开始的速度反馈为0，那么第一次控制的偏差error就为30，一开始我们确实是希望电机能满电压运行，然后当速度提到7左右的时候，电机加速度就应该慢慢减弱，最后让速度能够平滑地变成10。那么这个Kp值大概多少比较好呢，首先Kp=1.0是没用的，30的pwm连电机都动不了~ … ~，那么10呢，初始输出为300，电机应该处于刚起转的地步，理论上的Kp值应该是10的数倍，不过我也是刚上手，先设个10.0看看效果
参数整定
东西已经弄好了,我们来试试效果吧
试试P=10,i=0,d=0的效果（期望速度为30cnt/10ms）
以下部分还待编辑
从图中我们可以看到看到,电机在转过3000后往回减了一点,然后就不动了,这说明存在静差。然后计算下时间,从哪开始动到稳定,2305-2168=137(看横坐标),就是1370ms,这便是调整时间。下一步，我们应该按照网上给的口诀，先调整P大到接近等幅震荡。
由于时间关系,先写这么多,明天再继续