CubeMX配合PlatformIO开发STM32（STorM32），实现pid算法控制电机的转角

本人使用的设备/驱动：

• Windows10
• 串口助手 4.3.25(其实啥都行)
• 桃饱随处可买的usb-ttl（ch340G）
• 桃饱随处可买的stlink
• mpu6050（一个板载，一个通过I2C接插件连接外置）
• cubeMX 5.6.1
• PlatformIO
• stm32f103rct6的storm32BGC

使用stm32f103rct6，实现pid算法控制电机的转角

本文直接从项目中加入相关功能说起，环境以及其他外设配置：

使用ST-LINK utility将单片机中的程序下载下来

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置环境，点亮LED灯

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置usart实现串口通讯

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置ADC实现电池电压检测

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置MPU6050（I2C）

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置双MPU6050（板载与外置），并使用gui显示数据

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，通过系统时钟（systick）中断让不同功能代码以不同频率执行，计算计算所花时间

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，实现pid算法控制电机的转角

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置定时器，实现SPWM算法控制电机

CubeMX配合PlatformIO开发STM32，配置uart中断，配合python的gui在线调参

正文

 

耳熟能详pid：

设计方便

不需要知道被控对象的传递函数

只需要调整参数，可以很好的控制很多的系统

在控制系统中，pid作为控制器，根据需求角度和实际角度的角度差，控制过程电机以一定速度转动，来跟随需求角度。

控制系统中其他部分：电机驱动SPWM（执行器），MPU6050获取实际角度（反馈）

PID的连续函数：

因为要在计算机中实现，所以要进行离散化：

P:  I:  D: 

因为main算法以200Hz的频率刷新，所以delta_t可以求出，I和D直接整合进I和D进行调整即可

#define cutoff_coefficent   ((float)1/(2*MATH_PI*30.0f))
#define delta_t             ((float)SYSTEM_PERIOD*0.001)

static float pitchPPara = 130.0;
static float pitchIPara = 1.0;
static float pitchDPara = 10.0;
static float rollPPara = 130.0;
static float rollIPara = 1.0;
static float rollDPara = 10.0;
static float yawPPara = 80.0;
static float yawIPara = 0.0;
static float yawDPara = 8.0;

float PID_Motor1(float actAngle, float expAngle)    // return electric angular speed
{
	static float expAngle_old = 0.0, et = 0.0, et_pre = 0.0, et_sum = 0.0, et_diff = 0.0,et_diff_last =0, dpid = 0.0;
	static float dP = 0.0, dI = 0.0, dD = 0.0;

	et = actAngle - expAngle;	//error 
	dP = rollPPara * et;		//

	et_sum += et;
	dI = rollIPara * et_sum;

	et_diff_last=et_diff;
	et_diff = et - et_pre;

	// low-pass filter
	et_diff = cutoff_coefficent / (cutoff_coefficent + delta_t) * et_diff_last + delta_t / (cutoff_coefficent + delta_t) * et_diff;

	et_pre = et;
	dD = rollDPara * et_diff;

	dpid = dP + dI + dD;

	return dpid;
}

在实验中发现信号的噪声会使D参数的波动较大，影响控制的性能，所以增加了一个低通滤波器。

其中，截止频率选择为30rad/s，因为通过建模，得出系统的wn大约是22rad/s