一、编码电机驱动
编码电机的详情可以查看此篇文章:
stm32平衡小车--(1)JGB-520减速电机+tb6612(附测试代码)_jgb520-CSDN博客
简单来说,编码电机的驱动主要是给一个 PWM 和一个正负级就能驱动。PWM 的大小决定转速快慢,电机的两个电源正负极不同决定了旋转的方向不同。
1、PWM设置:
PWM 的值可以在图形化配置界面进行配置,同时也可以通过如下函数进行设置:第一个参数是定时器,第二个是捕获比较值,第三个是通道。
cs
void DL_Timer_setCaptureCompareValue(
GPTIMER_Regs *gptimer, uint32_t value, DL_TIMER_CC_INDEX ccIndex);
如下是设置占空比的一个函数。第一个参数是捕获比较值,第二个参数是设置通道,我是用一个定时器输出两路 PWM,所以需要两个通道。因为设置的是下降沿触发,系统主频是80MHz,进行了10000分频,所以计数值就是8000。duty = 7999 - 7999 * (duty/3200.0);就可以将捕获比较值从8000映射到3200。然后下面 if 来判断设置PWM输出的通道。
cs
// 设置电机PWM占空比,取值范围为3200~0,对应占空比为100%~0%
void Motor_SetPwm(float duty,uint8_t channel) {
duty = 7999 - 7999 * (duty/3200.0);
if(channel==0){
DL_TimerA_setCaptureCompareValue(PWM_MOTOR_INST , duty, DL_TIMER_CC_0_INDEX ); // 设置定时器捕获比较值
}else {
DL_TimerA_setCaptureCompareValue(PWM_MOTOR_INST , duty, DL_TIMER_CC_1_INDEX ); // 设置定时器捕获比较值
}
}
PWM 图形化配置:
2、电机方向设置
此函数与上面的参数一致。这两个函数分别用来设置引脚低电平和高电平。
cs
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN);
DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN);
下面函数时根据驱动电机。duty 值为正,电机正转,duty 值为负,电机反转;channel 值为0,驱动右轮,channel 值为1,驱动左轮。
cs
// 电机前进控制函数
void Set_Speed(float duty, uint8_t channel) {
if(channel==0){ //判断左右轮
if(duty>0){ //判断正反转
Motor_SetPwm(duty,channel);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN);
DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN);
}else if(duty<0){
Motor_SetPwm(-duty,channel);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN);
DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN);
}else {
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN);
}
}else {
if(duty>0){
Motor_SetPwm(duty,channel);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN);
DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN);
}else if(duty<0){
Motor_SetPwm(-duty,channel);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN);
DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN);
}else {
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN);
DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN);
}
}
}
二、通用PID
其中增量式 PID 不需要初始阈值,其输出主要是与上次误差与上上次误差有关,适合调节稳定速度;
位置式 PID 需要初始阈值,其输出的结果与历史的状态有关,适合将速度维持在某个定值。
pid.c
cs
#include "pid.h"
#include <math.h>
// 初始化PID结构体
void PID_Init(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point, PID_VAR_TYPE Proportion,
PID_VAR_TYPE Integral, PID_VAR_TYPE Derivative)
{
// 初始化PID参数
s_PID->SetPoint = set_point; // 设定目标值
s_PID->Proportion = Proportion; // 比例系数
s_PID->Integral = Integral; // 积分系数
s_PID->Derivative = Derivative; // 微分系数
s_PID->Error = 0; // 当前误差
s_PID->LastError = 0; // 上一次误差
s_PID->PrevError = 0; // 上上次误差
s_PID->SumError = 0; // 总误差
s_PID->LastResult = 0; // 上一次计算结果
s_PID->Result = 0; // 当前计算结果
s_PID->OutMax = DEFAULT_PID_OUT_MAX; // 输出上限
s_PID->OutMin = DEFAULT_PID_OUT_MIN; // 输出下限
s_PID->IntegralMax = DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MAX; // 积分输出上限
s_PID->IntegralMin = DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MIN; // 积分输出下限
}
// 设置PID的目标值
void PID_SetPoint(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point)
{
s_PID->SetPoint = set_point;
}
// 设置PID的输出范围
void PID_SetOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin)
{
s_PID->OutMax = outMax;
s_PID->OutMin = outMin;
}
// 设置PID的积分输出范围
void PID_SetIntegralOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin)
{
s_PID->IntegralMax = outMax;
s_PID->IntegralMin = outMin;
}
// 增量型PID计算
PID_VAR_TYPE Increment_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point)
{
s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果
// 计算误差
s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point;
// PID计算
s_PID->Result =
s_PID->LastResult +
s_PID->Proportion * (s_PID->Error - s_PID->LastError) + // 比例项
s_PID->Integral * s_PID->Error + // 积分项
s_PID->Derivative * (s_PID->Error - 2 * s_PID->LastError + s_PID->PrevError); // 微分项
s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差
s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差
// 限制输出范围
if (s_PID->Result > s_PID->OutMax)
s_PID->Result = s_PID->OutMax;
else if (s_PID->Result < s_PID->OutMin)
s_PID->Result = s_PID->OutMin;
return s_PID->Result;
}
// 位置型PID计算
PID_VAR_TYPE Position_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point)
{
s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果
// 计算误差
s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point;
s_PID->SumError += s_PID->Error; // 更新总误差
// 限制积分输出范围
PID_VAR_TYPE IOutValue = s_PID->SumError * s_PID->Integral;
if (IOutValue > s_PID->IntegralMax)
IOutValue = s_PID->IntegralMax;
else if (IOutValue < s_PID->IntegralMin)
IOutValue = s_PID->IntegralMin;
// PID计算
s_PID->Result =
s_PID->Proportion * s_PID->Error + // 比例项
IOutValue + // 积分项
s_PID->Derivative * (s_PID->Error - s_PID->LastError); // 微分项
s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差
s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差
// 限制输出范围
if (s_PID->Result > s_PID->OutMax)
s_PID->Result = s_PID->OutMax;
else if (s_PID->Result < s_PID->OutMin)
s_PID->Result = s_PID->OutMin;
return s_PID->Result;
}
// 综合型PID计算
PID_VAR_TYPE PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point)
{
s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果
// 计算误差
s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point;
s_PID->SumError += s_PID->Error; // 更新总误差
// 限制积分输出范围
PID_VAR_TYPE IOutValue = s_PID->SumError * s_PID->Integral;
if (IOutValue > s_PID->IntegralMax)
IOutValue = s_PID->IntegralMax;
else if (IOutValue < s_PID->IntegralMin)
IOutValue = s_PID->IntegralMin;
// PID计算
s_PID->Result =
s_PID->Proportion * (s_PID->Error + IOutValue) + // 比例项
s_PID->Derivative * (s_PID->Error - s_PID->LastError); // 微分项
s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差
s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差
// 限制输出范围
if (s_PID->Result > s_PID->OutMax)
s_PID->Result = s_PID->OutMax;
else if (s_PID->Result < s_PID->OutMin)
s_PID->Result = s_PID->OutMin;
return s_PID->Result;
}
pid.h
cs
#ifndef __PID_H
#define __PID_H
//PID输出范围宏定义
#define DEFAULT_PID_OUT_MAX ( 3200)
#define DEFAULT_PID_OUT_MIN (-3200)
//PID积分范围宏定义
#define DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MAX ( 400)
#define DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MIN (-400)
//PID变量类型宏定义
#define PID_VAR_TYPE float //int
//定义结构体
typedef struct
{
PID_VAR_TYPE SetPoint; // 设定目标
PID_VAR_TYPE Proportion; // 比例常数
PID_VAR_TYPE Integral; // 积分常数
PID_VAR_TYPE Derivative; // 微分常数
PID_VAR_TYPE SumError; // 积分和
PID_VAR_TYPE Error; // 误差
PID_VAR_TYPE LastError; // 上次误差
PID_VAR_TYPE PrevError; // 前一次误差
PID_VAR_TYPE LastResult; // 上次计算结果
PID_VAR_TYPE Result; // 当前计算结果
PID_VAR_TYPE OutMax; // 输出限幅最大值
PID_VAR_TYPE OutMin; // 输出限幅最小值
PID_VAR_TYPE IntegralMax; // 积分限幅最大值
PID_VAR_TYPE IntegralMin; // 积分限幅最小值
} PID;
extern void PID_Init(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point,
PID_VAR_TYPE Proportion,
PID_VAR_TYPE Integral,
PID_VAR_TYPE Derivative); //PID初始化
extern void PID_SetOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin); //设置PID输出范围
extern void PID_SetIntegralOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin); //设置PID积分范围
extern void PID_SetPoint(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point); //设置目标值
extern PID_VAR_TYPE Increment_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //增量式PID计算
extern PID_VAR_TYPE Position_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //位置式PID计算
extern PID_VAR_TYPE PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //比例外置式PID
#endif