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使用stm32实现电机的PID控制

PID控制应该算是非常古老而且应用非常广泛的控制算法了，小到热水壶温度控制，大到控制无人机的飞行姿态和飞行速度等等。在电机控制中，PID算法用的尤为常见。

一、位置式PID

1.计算公式

在电机控制中，我们给电机输出的是一个PWM占空比的数值。

话不多说，直接上位置式PID基本公式：

控制流程图如下：

上图中的目标位置一般我们可以通过按键或者开关等方式编程实现改变目标值，测量位置就是通过stm32去采集编码器的数据。

目标位置和测量位置之间做差这个就是目前系统的偏差。送入 PID 控制器进行计算输出，然后再经过电机驱动的功率放大控制电机的转动去减小偏差，最终达到目标位置的过程。

2.C语言实现

如何把我们以上的理论分析和控制原理图使用 C 语言写出来呢，这是一个有趣且实用的过程。位置式 PID 具体通过 C 语言实现的代码如下：


int Position_PID (int Encoder,int Target){static float Bias,Pwm,Integral_bias,Last_Bias;Bias=Target- Encoder; //计算偏差Integral_bias+=Bias; //求出偏差的积分Pwm=Position_KP*Bias+Position_KI*Integral_bias+Position_KD*(Bias-Last_Bias);//PID基本公式Last_Bias=Bias; //保存上一次偏差return Pwm; //输出}

入口参数为编码器的位置测量值和位置控制的目标值，返回值为电机控制PWM(现在再看一下上面的控制框图是不是更加容易明白了)。

第一行是相关内部变量的定义。

第二行是求出位置偏差，由测量值减去目标值。

第三行通过累加求出偏差的积分。

第四行使用位置式 PID 控制器求出电机 PWM。

第五行保存上一次偏差，便于下次调用。

最后一行是返回。

二、增量式PID

1.计算公式

速度闭环控制就是根据单位时间获取的脉冲数（这里使用了 M 法测速）测量电机的速度信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程。

在我们的速度控制闭环系统里面只使用 PI 控制，因此对 PID 控制器可简化

为以下公式：

控制框图和位置式的一样的。

上图中的目标速度一般我们可以通过按键或者开关等方式编程实现改变目标值，测量速度前面在编码器的章节已经有说到就是通过单片机定时去采集编码器的数据并清零。

目标速度和测量速度之间做差这个就是目前系统的偏差。送入 PID 控制器进行计算输出，然后再经过电机驱动的功率放大控制电机的转动去减小偏差，最终达到目标速度的过程。

2.C语言实现

如何把我们以上的理论分析和控制原理图使用 C 语言写出来呢，这是一个有趣且实用的过程。位置式 PID 具体通过 C 语言实现的代码如下：


int Incremental_PI (int Encoder,int Target){static float Bias,Pwm,Last_bias;Bias=Encoder-Target; //计算偏差Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias; //增量式 PI 控制器Last_bias=Bias; //保存上一次偏差return Pwm; //增量输出}