STM32——直流電機PI調速

所需元件
??STM32F103開發板、L298N一個、帶編碼器的直流電機一個（如下圖所示，淘寶上有很多）

系統框圖

??通過系統框圖，我們需要做兩件事，一是要測速，二是要調節，測速目前流行的就是通過編碼器測速，調節器我采用的時PI調節，PI調節器調節的引數少，而且能夠消除靜差，當然用PID調節器也行，
編碼器
??編碼器的結構簡化如下圖：

??在電機轉軸上安裝了一個磁環，在磁環的下方有一個霍爾傳感器，在磁環轉動程序中就在霍爾傳感器的附近產生了變化的磁場，于是霍爾傳感器就輸出了脈沖信號，我所用的這個直流電機是1：48的減速電機，電機轉軸每轉動1圈，編碼器輸出13個脈沖信號，也就是說輸出轉軸轉動1圈，編碼器輸出13x48=624個脈沖，再通過STM32編碼器介面 4 倍頻就是 624x4=2496 個脈沖信號，通過STM32定時器的計數值除以2496就是輸出轉軸轉動的圈數，
??所謂4倍頻，如下圖：

??編碼器中有兩個線路，即A相和B相，我們以A相或B相為例，1個上升沿或者下降沿代表1個脈沖信號，由圖中可知有2個上升沿或2個下降沿，即2個脈沖信號，而所謂的4倍頻，就是把A、B相的上升沿和下降沿都加起來，一共8個，與之前的2個脈沖信號就是4倍，而所以要加起來做成4倍頻，可以提高測量轉速的精度，另外A、B相之間相差90度，從而可以判斷電機的轉向，如果電機正轉，A相比B相先90度，也就是說A相已經上升沿了B還是低電平，
PI調節器
??關于PID演算法，可參考STM32——PID恒溫控制
??這里貼兩張速度曲線圖：
??1、

??2、

??圖1中設定目標值為400，從圖上可以看出超調量還是比較小的，調節時間也比較短，調節的效果還是可以的，圖2中，目標值每隔一段時間增加100，加到400后又設為100，整體的調節效果還是蠻不錯的，（我程式中的PID引數套用的時候可能達不到圖中的效果，這與電機以及編碼器之間的差別有關，可適當在做調節）
主要程式
TIM_Encoder.c

#include "TIM_Encoder.h"

float RPM_1=0;            //存盤上一次測速結果

void TIM_Encoder_Init(void)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
    TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);        //使能定時器4的時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);       //使能PB埠時鐘
    
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;	    //埠配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;       //浮空輸入
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);					    //根據設定引數初始化GPIOB
    
    TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0;                  // 預分頻器 
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535;                   //設定計數器自動重裝值
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //選擇時鐘分頻：不分頻
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上計數  
    TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用編碼器模式3
    TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
    TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);
    TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);                       //清除TIM的更新標志位
    TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, ENABLE);
    //Reset counter
    TIM_SetCounter(TIM4,0);
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  
}

int GetTIMCounter(void)          //獲取計數值
{
    int count=TIM_GetCounter(TIM4);
    return count;
}

float GetRPM(int count)           //計算轉速
{
//   int RPM=count/2496*2000+0.5;//30ms計算一次（pid.T=30），60000ms為1min,也就是1min計算了2000次，2496=13*4*48表示轉動一圈的脈沖數，48表示1：48的減速比
    float RPM=count*0.8f+0.5f;   //等同于上式，2000/2496約等于0.8
    if(RPM>1000)                 //過濾掉不合理的結果，仍然使用上次的速度，在按鍵設定速度的時候或者在減速為0時會有非常的大的錯誤測速結果，具體原因還未查清    {
    {
        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;         //用戶設定轉速400
	pid.Kp=0.3;         //比例
    pid.Ki=0.015;       //積分
	pid.Kd=0;           //微分
	pid.pwmcycle=100;   //pwm周期100us
    pid.T=30;           //PID計算周期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計算
{
	float out;
    pid.Pv=data;
 	pid.Ek=pid.Sv-pid.Pv;       //得到當前的偏差值
 	pid.Pout=pid.Kp*pid.Ek;     //比例輸出
 	pid.SEk+=pid.Ek;            //歷史偏差總和
    if(pid.SEk<(-50))
    {
        pid.SEk=(-50);
    }
 	pid.DelEk=pid.Ek-pid.Ek_1;  //最近兩次偏差之差
    pid.Iout=pid.Ki*pid.SEk;    //積分輸出
    if(pid.Iout<(-10))
    {
        pid.Iout=(-10);
    }
    pid.Dout=pid.Kd*pid.DelEk;  //微分輸出
 	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;
}

工程鏈接
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1dSXgPf0gzSvTdjlMHyOZ7w
提取碼：f8h1

??PID調參比較麻煩，這里推薦一個ST官方的軟體StmStdio,這個軟體網上有很多教程，使用也比較簡單，
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1etsrBL80rCe_LouNEE1XEg
提取碼：ckve