STM32——直流电机PI调速

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所需元件

  STM32F103开发板、L298N一个、带编码器的直流电机一个(如下图所示,淘宝上有很多)

STM32——直流电机PI调速

系统框图

STM32——直流电机PI调速
  通过系统框图,我们需要做两件事,一是要测速,二是要调节。测速目前流行的就是通过编码器测速,调节器我采初始化电脑的后果用的时PI调节,初始化电脑PI调节器调节的参数少,而且能够消除静差,当然用PID调节器也行。 编码器   编码器的结构简化如下图:
STM32——直流电机PI调速
  在电机转轴上安装了一个磁环,在磁环的下方有一个霍尔传感器,在磁环转动过程中就在霍尔传感器的附近产生了变接口文档化的磁场,于是霍尔传感器就输出了脉冲信号。我所用的这个直流电机是1:48初始化电脑的后果的减速电机,电机转轴每转动1圈,编码器输出13个脉冲信号,也就是说输出转轴转动1圈,编码器输出13×48=624个脉冲,初始化是什么意思再通过STM32编码器接口 4 倍频就是 624×4=249初始化sdk什么意思6 个脉冲信号,通过STM32定时器的计数接口测试用例设计值除以2496就是初始化英文输出转轴转接口文档动的圈数。   所谓4倍频,如下图:
STM32——直流电机PI调速
  编码器中有两个线路,即A相和B相。我们以A相或B相为例,1个上升沿或者下降沿代表1个脉冲信号,由图中可知有2个上升沿或2个下降沿,即2个脉冲信号。而所谓的4倍频,就是把A、B相的上升沿和下降沿都加起来,一共8个,与之前的2个脉冲信号就是4倍,而所以要加起来做算法的特征成4倍频,可以提高测量转速的精度。另外A、B相之间相差90度,从而可以判断电机的转向。如果电机初始化游戏启动器失败正转,A相比B相先90度,也就是说A相已经上升沿了B还是低电平。 PI调节器接口自动化   关于PID算法,可参考STM32——PID恒温控制   这里贴两张初始化sdk什么意思速度曲线图:   1、
STM32——直流电机PI调速
  2、
STM32——直流电机PI调速
  图1中设定目标值为400,从图上可以看出超调量还是比较小的,算法的五个特性调节时间也比较短,调节的效果还是可以的。图2中,目标算法的特征值每隔一段时间增加100,加到400后又设为100,整体的调节效果还是蛮不错的。(我程初始化sdk什么意思序中的PID参数套用的时候可能达不到图中的效果,这与电机以及编码器之间的差别有关,可适当在做调节) 主要程序 TIM_Encoder.c

#include "TIM_Encoder.h"
float RPM_1=0;            //存储上一次测速结果
void TIM_Encoder_Init(void)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);        //使能定时器4的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);       //使能PB端口时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;	    //端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;       //浮空输入
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					    //根据设定参数初始化GPIOB
    TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0;                  // 预分频器 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;                   //设定计数器自动重装值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //选择时钟分频:不分频
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数  
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
    TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
    TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);                       //清除TIM的更新标志位
    TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
    //Reset counter
    TIM_SetCounter(TIM4,0);
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  
}
int GetTIMCounter(void)          //获取计数值
{
    int count=TIM_GetCounter(TIM4);
    return count;
}
float GetRPM(int count)           //计算转速
{
//   int RPM=count/2496*2000+0.5;//30ms计算一次(pid.T=30),60000ms为1min,也就是1min计算了2000次,2496=13*4*48表示转动一圈的脉冲数,48表示1:48的减速比
    float RPM=count*0.8f+0.5f;   //等同于上式,2000/2496约等于0.8
    if(RPM>1000)                 //过滤掉不合理的结果,仍然使用上次的速度,在按键设定速度的时候或者在减速为0时会有非常的大的错误测速结果,具体原因还未查清    {
    {
        return RPM_1;
    }
    RPM_1=RPM;                   //更新
    return RPM;
}

PID.c

#include "PID.h"
PID pid;
//int time=0;
void PID_Init()
{           
    pid.Sv=400;         //用户设定转速400
	pid.Kp=0.3;         //比例
    pid.Ki=0.015;       //积分
	pid.Kd=0;           //微分
	pid.pwmcycle=100;   //pwm周期100us
    pid.T=30;           //PID计算周期30ms
	pid.OUT0=0;
	pid.C1ms=0;
    pid.SEk=0;
    pid.Ek=0;
    pid.Ek_1=0;
    pid.DelEk=0;
    pid.Dout=0;
    pid.Iout=0;
    pid.Pout=0;
}
void PID_Calc(float data)        //pid计算
{
	float out;
    pid.Pv=data;
 	pid.Ek=pid.Sv-pid.Pv;       //得到当前的偏差值
 	pid.Pout=pid.Kp*pid.Ek;     //比例输出
 	pid.SEk+=pid.Ek;            //历史偏差总和
    if(pid.SEk<(-50))
    {
        pid.SEk=(-50);
    }
 	pid.DelEk=pid.Ek-pid.Ek_1;  //最近两次偏差之差
    pid.Iout=pid.Ki*pid.SEk;    //积分输出
    if(pid.Iout<(-10))
    {
        pid.Iout=(-10);
    }
    pid.Dout=pid.Kd*pid.DelEk;  //微分输出
 	out= pid.Pout+ pid.Iout+ pid.Dout;
 	if(out>pid.pwmcycle)
 	{
  		pid.OUT=pid.pwmcycle;
 	}
 	else if(out<=0)
 	{
		pid.OUT=pid.OUT0; 
 	}
 	else 
 	{
  		pid.OUT=out+0.5f;       //四舍五入
 	}
 	pid.Ek_1=pid.Ek;            //更新偏差
 	pid.C1ms=0;
}

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