增量式PID的stm32实现，整定过程

张衍波

感谢大家最近的帮忙，让我顺利做完增量PID功能，虽然PID不是什么牛逼的东西，但是真心希望以后刚刚接触这块的人能尽快进入状态。
也下面我分享一下近期的这些工作吧。欢迎大家批评指点~

首先说说增量式PID的公式，这个关系到MCU算法公式的书写，实际上两个公式的写法是同一个公式变换来得，不同的是系数的差异。
资料上比较多的是：

还有一种是：

感觉第二种的Kp Ki Kd比较清楚，更好理解，下面介绍的就以第二种来吧。（比例、积分、微分三个环节的作用这里就详细展开，百度会有很多）

硬件部分：
控制系统的控制对象是4个空心杯直流电机，电机带光电编码器，可以反馈转速大小的波形。电机驱动模块是普通的L298N模块。
芯片型号，STM32F103ZET6

软件部分：
PWM输出：TIM3，可以直接输出4路不通占空比的PWM波
PWM捕获：STM32除了TIM6 TIM7其余的都有捕获功能，使用TIM1 TIM2 TIM4 TIM5四个定时器捕获四个反馈信号
PID的采样和处理：使用了基本定时器TIM6，溢出时间就是我的采样周期，理论上T越小效果会越好，这里我取20ms，依据控制对象吧，如果控制水温什么的采样周期会是几秒几分钟什么的。

上面的PWM输出和捕获关于定时器的设置都有例程，我这里是这样的：
TIM3输出四路PWM，在引脚 C 的 GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9输出
四路捕获分别是TIM4  TIM1  TIM2  TIM5   ，对应引脚是：  PB7 PE11 PB3 PA1
高级定时器tim1的初始化略不同，它的中断”名称“和通用定时器不同，见代码：
/*功能名称?IM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
        描述      TIM3产生四路PWM
*/
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
        TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;


        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟使能

  GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3全映射 GPIOC-> 6,7,8,9                                                                             //用于TIM3的CH2输出的PWM通过该LED显示

   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH1 CH2 CH3 CH4 的PWM脉冲波形
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; //初始化GPIO
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
        GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9);//默认电机使能端状态：不使能

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  这里是72分频，那么时钟频率就是1M
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
        TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
        TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高

        TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
        TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR1上的预装载寄存器


        TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
        TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR2上的预装载寄存器

        TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
        TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR3上的预装载寄存器

        TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
        TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR4上的预装载寄存器

        TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器


        TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设


}



/*功能名称?TIM4_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
  描述      PWM输入初始化*/

void TIM4_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;        //TIM的初始化结构体
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                        //中断配置
        TIM_ICInitTypeDef  TIM4_ICInitStructure;                 //TIM4  PWM配置结构体
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                         //IO口配置结构体

        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);     //Open TIM4 clock
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //open gpioB clock

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;             //GPIO 7
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;          //上拉输入
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        /*配置中断优先级*/
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;                     
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM4_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;                  
  TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;      
  TIM4_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;   
  TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3;   //Filter:过滤

  TIM_PWMIConfig(TIM4, &TIM4_ICInitStructure);     //PWM输入配置           
  TIM_SelectInputTrigger(TIM4, TIM_TS_TI2FP2);     //选择有效输入端        
  TIM_SelectSlaveMode(TIM4, TIM_SlaveMode_Reset);  //配置为主从复位模式
  TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM4, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发                                       
  TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE);          //中断配置
  TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
  TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);   
}


void TIM4_IRQHandler(void)
{

                if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获1发生捕获事件
                        {        
                                duty_TIM4    =   TIM_GetCapture1(TIM4);          //采集占空比               
               if  (TIM_GetCapture2(TIM4)>600)         period_TIM4        =        TIM_GetCapture2(TIM4);//简单的处理
                                CollectFlag_TIM4 = 0;                        
        }        
                TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}


/*功能名称?TIM1_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
  描述      PWM输入初始化*/

void TIM1_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;        //TIM的初始化结构体
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                        //中断配置
        TIM_ICInitTypeDef  TIM1_ICInitStructure;                 //PWM配置结构体
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                         //IO口配置结构体

        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);     //Open TIM1 clock
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);  //open gpioE clock
   GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM1, ENABLE); //Timer1完全重映射  TIM1_CH2->PE11        
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;             //GPIO 11
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;          //上拉输入
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        /*配置中断优先级*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =  TIM1_CC_IRQn;   //TIM1捕获中断                     
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM1_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;                  
  TIM1_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;      
  TIM1_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;   
  TIM1_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  TIM1_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03;   //Filter:过滤

  TIM_PWMIConfig(TIM1, &TIM1_ICInitStructure);     //PWM输入配置           
  TIM_SelectInputTrigger(TIM1, TIM_TS_TI2FP2);     //选择有效输入端        
  TIM_SelectSlaveMode(TIM1, TIM_SlaveMode_Reset);  //配置为主从复位模式
  TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM1, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发                                       
// TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE);          //中断配置
  TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_CC2, ENABLE); //通道2 捕获中断打开
  //TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
  TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);   
}


void TIM1_CC_IRQHandler(void)
{

        {
                if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获1发生捕获事件
                        {        
                                duty_TIM1    =   TIM_GetCapture1(TIM1);          //采集占空比               
                           if  (TIM_GetCapture2(TIM1)>600)         period_TIM1        =        TIM_GetCapture2(TIM1);
                                CollectFlag_TIM1 = 0;
                        }        
        }        
                TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}


/*功能名称?TIM2_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
  描述      PWM输入初始化*/

void TIM2_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;        //TIM的初始化结构体
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                        //中断配置
        TIM_ICInitTypeDef  TIM2_ICInitStructure;                 //TIM2  PWM配置结构体
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                         //IO口配置结构体

        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);     //Open TIM2 clock
// RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);  //open gpioB clock
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);          //关闭JTAG
        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM2, ENABLE); //Timer2完全重映射  TIM2_CH2->PB3

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;             //GPIO 3
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =  GPIO_Mode_IPU;          //浮空输入 上拉输入
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        /*配置中断优先级*/
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;                     
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM2_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;                  
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;      
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;   
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  TIM2_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3;   //Filter:过滤

  TIM_PWMIConfig(TIM2, &TIM2_ICInitStructure);     //PWM输入配置           
  TIM_SelectInputTrigger(TIM2, TIM_TS_TI2FP2);     //选择有效输入端        
  TIM_SelectSlaveMode(TIM2, TIM_SlaveMode_Reset);  //配置为主从复位模式
  TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发                                       
  TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE);          //中断配置
  TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);   
}


void TIM2_IRQHandler(void)
{
        {
                if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获1发生捕获事件
                        {        
                                duty_TIM2    =   TIM_GetCapture1(TIM2);          //采集占空比               
                           if  (TIM_GetCapture2(TIM2)>600)         period_TIM2        =        TIM_GetCapture2(TIM2);
                                CollectFlag_TIM2 = 0;
                        }                        
        }        
                TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}

/*功能名称?TIM5_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
  描述      PWM输入初始化*/

void TIM5_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{

        TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;        //TIM的初始化结构体
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;                        //中断配置
        TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;                 //TIM4  PWM配置结构体
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;                         //IO口配置结构体

        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);     //Open TIM4 clock
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //open gpioB clock

        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;             //GPIO 1
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =  GPIO_Mode_IPU;          //浮空输入 上拉输入
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
        TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
        TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位


        /*配置中断优先级*/
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;                     
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;                  
  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;      
  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;   
  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
  TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3;   //Filter:过滤

  TIM_PWMIConfig(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);     //PWM输入配置           
  TIM_SelectInputTrigger(TIM5, TIM_TS_TI2FP2);     //选择有效输入端        
  TIM_SelectSlaveMode(TIM5, TIM_SlaveMode_Reset);  //配置为主从复位模式
  TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM5, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发                                       
  TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE);          //中断配置
  TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
  TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);   
}


void TIM5_IRQHandler(void)
{
        {
                if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获1发生捕获事件
                        {        
                                duty_TIM5    =   TIM_GetCapture1(TIM5);          //采集占空比               
                        if  (TIM_GetCapture2(TIM5)>600)         period_TIM5        =        TIM_GetCapture2(TIM5);
                                CollectFlag_TIM5 = 0;
                        }                        
        }        
                TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
复制代码


PID部分：
准备部分：先定义PID结构体：

typedef struct
{
int setpoint;//设定目标
int sum_error;//误差累计
float proportion ;//比例常数
float integral ;//积分常数
float derivative;//微分常数
int last_error;//e[-1]
int prev_error;//e[-2]
}PIDtypedef;
复制代码

这里注意一下成员的数据类型，依据实际需要来定的。
在文件中定义几个关键变量：
float  Kp =     0.32  ; //比例常数
float  Ti =                0.09 ; //积分时间常数
float Td =                0.0028 ;  //微分时间常数
#define T                  0.02 //采样周期
#define Ki     Kp*(T/Ti)        // Kp Ki Kd 三个主要参数
#define Kd                Kp*(Td/T)
复制代码

C语言好像用#define 什么什么对程序不太好，各位帮忙写个优化办法看看呢? 用const？

PID.H里面主要的几个函数：
void PIDperiodinit(u16 arr,u16 psc);        //PID 采样定时器设定
void incPIDinit(void);                //初始化，参数清零清零
int incPIDcalc(PIDtypedef*PIDx,u16 nextpoint);           //PID计算
void PID_setpoint(PIDtypedef*PIDx,u16 setvalue);  //设定 PID预期值
void PID_set(float pp,float ii,float dd);//设定PID  kp ki kd三个参数
void set_speed(float W1,float W2,float W3,float W4);//设定四个电机的目标转速
复制代码


PID处理过程：
岔开一下：这里我控制的是电机的转速w，实际上电机的反馈波形的频率f、电机转速w、控制信号PWM的占空比a三者是大致线性的正比的关系，这里强调这个的目的是
因为楼主在前期一直搞不懂我控制的转速怎么和TIM4输出的PWM的占空比联系起来，后来想清楚里面的联系之后通过公式把各个系数算出来了。

正题：控制流程是这样的，首先我设定我需要的车速（对应四个轮子的转速），然后PID就是开始响应了，它先采样电机转速，得到偏差值E，带入PID计算公式，得到调整量也就是最终更改了PWM的占空比，不断调节，直到转速在稳态的一个小范围上下浮动。
上面讲到的“得到调整量”就是增量PID的公式：
int incPIDcalc(PIDtypedef *PIDx,u16 nextpoint)
{
int iError,iincpid;
iError=PIDx->setpoint-nextpoint;  //当前误差
/*iincpid=                                               //增量计算
PIDx->proportion*iError                //e[k]项
-PIDx->integral*PIDx->last_error          //e[k-1]
+PIDx->derivative*PIDx->prev_error;//e[k-2]
*/
iincpid=                                                          //增量计算
PIDx->proportion*(iError-PIDx->last_error)
+PIDx->integral*iError
+PIDx->derivative*(iError-2*PIDx->last_error+PIDx->prev_error);

PIDx->prev_error=PIDx->last_error; //存储误差，便于下次计算
PIDx->last_error=iError;
return(iincpid) ;
}
复制代码

注释掉的是第一种写法，没注释的是第二种以Kp KI kd为系数的写法，实际结果是一样的。
处理过程放在了TIM6，溢出周期时间就是是PID里面采样周期（区分于反馈信号的采样，反馈信号采样是1M的频率）
相关代码：

void TIM6_IRQHandler(void)        //        采样时间到，中断处理函数
{         

if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET)//更新中断
        {
        frequency1=1000000/period_TIM4        ; //通过捕获的波形的周期算出频率
        frequency2=1000000/period_TIM1        ;
        frequency3=1000000/period_TIM2        ;
        frequency4=1000000/period_TIM5        ;
/********PID1处理**********/
        PID1.sum_error+=(incPIDcalc(&PID1,frequency1));         //计算增量并累加
       pwm1=PID1.sum_error*4.6875  ;   //pwm1 代表将要输出PWM的占空比
          frequency1=0; //清零
     period_TIM4=0;
/********PID2处理**********/
         PID2.sum_error+=(incPIDcalc(&PID2,frequency2));         //计算增量并累加  Y=Y+Y'               
         pwm2=PID2.sum_error*4.6875 ;   //将要输出PWM的占空比
        frequency2=0;
        period_TIM1=0;
/********PID3处理**********/
         PID3.sum_error+=(incPIDcalc(&PID3,frequency3));          //常规PID控制
        pwm3=PID3.sum_error*4.6875 ;   //将要输出PWM的占空比
        frequency3=0;
        period_TIM2=0;
/********PID4处理**********/
            PID4.sum_error+=(incPIDcalc(&PID4,frequency4));         //计算增量并累加
         pwm4=PID4.sum_error*4.6875 ;   //将要输出PWM的占空比
        frequency4=0;
        period_TIM5=0;
          }
TIM_SetCompare(pwm1,pwm2,pwm3,pwm4);             //重新设定PWM值
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); //清除中断标志位               
}
复制代码


上面几个代码是PID实现的关键部分

整定过程：
办法有不少，这里用的是先KP，再TI，再TD，在微调。其他的办法特别是有个尼古拉斯法我发现不适合我这个控制对象。
先Kp，就是消除积分和微分部分的影响，这里我纠结过到底是让Ti 等于一个很大的值让Ki=Kp*(T/Ti)里面的KI接近零，还是直接定义KI=0，TI=0.
然后发现前者没法找到KP使系统震荡的临界值，第二个办法可以得到预期的效果：即KP大了会产生震荡，小了会让系统稳定下来，当然这个时候是有稳态误差的。
随后把积分部分加进去，KI=Kp*(T/Ti)这个公式用起来，并且不断调节TI 。TI太大系统稳定时间比较长。
然后加上Kd        =Kp*(Td/T)，对于系统响应比较滞后的情况效果好像好一些，我这里的电机反映挺快的，所以Td值很小。
最后就是几个参数调节一下，让波形好看一点。这里的波形实际反映的是采集回来的转速值，用STM32的DAC功能输出和转速对应的电压，用示波器采集的。
最后的波形是这样的：

最后欢迎大家拍砖，有批评才会让我更加进步！
最后把PID文件放上来
转载