[基于STM32底盘控制与ROS上层导航小车制作] 第二节 stm32电机pid控制

系列文章目录

第一节 stm32电机驱动与编码器读取反馈

第二节 stm32电机pid控制

第三节 stm32线速度标定

第四节 stm32添加mpu6050得到angle角度 

第五节 实现STM32与ubuntu系统下的ROS串口DMA通信，传输底盘速度等信息

第六节 ROS计算和发布里程计与tf变换

系列教材包含

底盘搭建与stm32代码编写，ros激光雷达建图与导航编写，实现动态避障与导航

底盘包含

两轮差速轮（自制）

四轮全向轮（所属团队大家一起搭建）

底盘不同就是在底盘的运动分解与控制，ros部分里程计计算和本地规划器不同，两轮用的base_local_Planner，四轮用的teb_local_planner,来规划发布速度控制底盘

gjhhust / Repositories · GitHubhttps://github.com/gjhhust?tab=repositories

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目录

系列文章目录

前言

一、pid介绍

二、pid简单调整方法

总结

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前言

今天来为大家介绍pid控制

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一、pid介绍

相信pid大家不陌生，就算陌生也没关系，从头写一下pid控制，pid就是要明确控制目标（setpoint），控制对象当前量（current_value），以及pid输出

在我刚开始就已知不懂控制三个量的关系，这里避雷一下，就是pid最终计算的量与控制目标不是一个量纲的概念

  打个比方，你需要控制电机转速至50cm/s，则setpoint就是50，此时当前量肯定就是编码器测得的速度而输出量是什么？是0-900的一个数字！因为你能改变电机转速，也就是改变current_value的直接手段就是改变占空比，也就是TIM_SetCompare1(TIM1,500);中500的那个值，至于500与速度什么关系我们不需要清除，只要pid知道当前占空比低，也就是转速低，还未达到setpoint，那么pid输出就大，当current_value越接近setpoint，pid输出也就减小，最后基本达到setpoint，输出就基本不变了，也就是你只需要有三个量在，然后调一下pid三个参数，也就是三个参数组成的算法来推这个pid输出量。

先贴出pid算法代码

pid.c

typedef struct
{
  float Kp;                       //比例系数Proportional
  float Ki;                       //积分系数Integral
  float Kd;                       //微分系数Derivative
 
  float Ek;                       //当前误差
  float Ek1;                      //前一次误差 e(k-1)
  float Ek2;                      //再前一次误差 e(k-2)
  float LocSum;                   //累计积分位置
}PID_LocTypeDef;
 
/************************************************
函数名称 ： PID_Loc
功    能 ： PID位置(Location)计算
参    数 ： SetValue ------ 设置值(期望值)
            ActualValue --- 实际值(反馈值)
            PID ----------- PID数据结构
返 回 值 ： PIDLoc -------- PID位置
作    者 ： strongerHuang
*************************************************/
float PID_Loc(float SetValue, float ActualValue, PID_LocTypeDef *PID)
{
  float PIDLoc;                                  //位置
 
  PID->Ek = SetValue - ActualValue;
  PID->LocSum += PID->Ek;                         //累计误差
 
  PIDLoc = PID->Kp * PID->Ek + (PID->Ki * PID->LocSum) + PID->Kd * (PID->Ek1 - PID->Ek);
 
  PID->Ek1 = PID->Ek;  return PIDLoc;

}

代码解释

有了pid算法如上，我们只需要定义一个pid的结构体，比如是left_PID；来控制左电机转速

则pid控制流程就是，先硬件初始化好，然后能够得到左电机当前速度赋值给left_speed_now，接着定义PID结构体这里是left_PID

  然后调用如下语句即可pid控制，我一般放在一个固定的计时器中断里，比如上一节的TIM6内，5ms测速一次，我可以定义一个计数器flag，进一次中断+1，判断10ms时可以pid控制一次。

//左电机速度由TIM1 CH1pwm控制,目标控制到50cm/s
TIM_SetCompare1(TIM1,PID_Loc(50, left_speed_now, &left_PID));

下载程序完后你会发现电机不动，这是因为你没有给PID三个kp，ki，kd参数，都是0

二、pid简单调整方法

在keil的debug中，此时将添加到left_PID watch1内，监控发现参数都是0，此时尝试给kp值20，观察电机情况，如果不稳定转动，那么你就减小kp值直到转速稳定，此时再观察测速得到的left_speed_now，大概率会在40cm/s左右或者其它某个值附近波动（这里假设是40cm/s附近），你看反正达不到50cm/s，这就是静态误差，需要增加ki。

  与此同时我们要先给left_PID.LocSum赋值大小200（具体怎么给可以专门去学，这里简单就是，你静态误差此时速度差了10cm/s左右，而对应的占空比差了应该就是100左右，也就是你TIM_SetCompare1内给了500测速比如说是40cm/s，对应的占空比600测速是50cm/s，所有此时速度固定差了10cm/s，占空比固定差了100，而这个LocSum则要根据输出量也就是占空比来给，这就是最大静态误差就是200，上面情况是差了100，所以我们的ki给个0.5就差不多，0.5*200 = 100，这是个经验公式，就是大概教会你这几个值的含义）

此时如果静态误差还有，则继续增大ki到基本没有误差，过大会导致转速不稳定，上下浮动大。

以上只是简单的电机pid调控，满足普通需求，适合入门，更深入可以搜索资料。

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总结

完成了pid的速度控制，底盘就动起来了。你给一个速度就可以转起来了。