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编码电机PID调试（速度环|位置环|跟随）

2023-05-16

文章目录

    • 1、编码电机认识
    • 2、上位机波形显示
      • 1、功能介绍
      • 2、协议说明
    • 3、速度环调试验证
    • 4、位置环调试验证
    • 5、实现跟随效果

前面的文章中有讲过编码电机串级PID相关的知识，以及一些PID的调试经验，这里我最近正好又把电机摸了一遍，同时将波形的工具加入了进去，个人认为这样的方式能帮助更多的人了解这个过程，同时也能够更好理解PID这个东西。

同时校招面试过程中，一些嵌入式的岗位里面做机器人控制相关的，包括就是介绍自己项目的时候一般都会问一些PID的调试过程，PID几个参数的作用，内环外环的描述等，因此PID还是比较重要的。

如果本文各位大佬有意见的话欢迎提出！

1、编码电机认识

编码电机数据读取的内容在前面的文章中已经介绍过了，对应的链接如下所示，有需要的可以自行了解：
直流编码电机双闭环（速度+角度）控制

这里不在进行赘述，这里可以进行部分内容的补充，主要是编码器的数据处理那个部分，这样做是为了更好的获取到角度数据，步骤如下：

首先是这里我们需要开启对应的中断，在中断中进行数据累加，这样就可以做一些比如角度以及圈数的记录了
在这里插入图片描述
这里我们还是回顾下编码器的线束，这里的线束就是电机转一圈的脉冲数目，但是我们编码器是AB相然后还存在可以上下边沿的捕获，这样就可以进行4倍频的采样了
在这里插入图片描述
最终圈数的设计如下所示，这里首先就是设计一个正反，正的话就相加，方向就减掉，然后这里最终的圈数记录也是一样的。
在这里插入图片描述
这样就可以直观的表现出来圈数的记录了，源码如下：

int Angle = 0;//角度
int circr = 0;//圈数

const int Step_Angle = 360/4/30;	

void Motor_Get_Angle(TIM_HandleTypeDef *htim)	
{
	if(htim == &htim2)
	{
		if((htim->Instance->CR1 & 0x0010)>>4)//方向判断
			// 这里也可以用htim->Instance->CR1来判断 0X01是顺时针，0X11是逆时针
			Angle -= Step_Angle;
		else
			Angle += Step_Angle;
	}
	if(Angle == 360)
	{
		circr++;
		Angle = 0;
	}
	if(Angle == -360)
	{
		circr--;
		Angle = 0;
	}
}

2、上位机波形显示

1、功能介绍

这里就是推荐使用VOFA+这个串口助手，带波形显示功能，比较强大，关于VOFA+这个的介绍我这里就不进行说明了，网上资料比较多，基本上百度一搜索就能看到很多相关的资料
在这里插入图片描述
这里要使用他的博信显示功能的话就是按照我下面的操作了
在这里插入图片描述
将波形功能拉出来后为了全屏显示这里我们还要做一下填充，如下所示
在这里插入图片描述
图形种类选择波形图
在这里插入图片描述
一般我们x轴直接设置成时间就可以了
在这里插入图片描述
y轴就可以来设置我们的曲线了，这里注意，必须是有，如果数据还没发送是看不到的
在这里插入图片描述
然后我们在选择下自动缩放
在这里插入图片描述

2、协议说明

先进入我们这个协议与连接：
在这里插入图片描述
可以看到协议说明如下所示：
在这里插入图片描述
这里可以看下协议说明，如下所示：
在这里插入图片描述
另一种说明
在这里插入图片描述
主要就是这里的调试说明，这里可以看到第一种直接使用printf就可以了，不过两种都给了例子，所以我决定就还是用第一种的方法来实现，使用printf加上，就可以实现了。

3、速度环调试验证

这里我还是搭建跟之前的那篇文章一样的PID架构，详见直流编码电机双闭环（速度+角度）控制

关于PID的调试效果，可以见我的这篇文章，该文章使用simulink来模拟PID：Matlab使用simulink设置PID记录

采用的速度环PID如下所示，可以看到打印的参数为目标值和当前值：
在这里插入图片描述

这里我们来看下纯p调节的时候，此时KP=200，已经比较大了，仍然是存在稳态误差的
在这里插入图片描述
之后加上I把误差消除掉，这里I只是给了0.1
在这里插入图片描述
我们单纯的继续增大KP，就可以看到较明显的超调量了
在这里插入图片描述
这个时候如果一位的增大i就可以看到系统的稳定性下降
在这里插入图片描述
最后可以看下调试效果，如下所示：
在这里插入图片描述

4、位置环调试验证

这里位置环就是对电机的位置进行控制，这里直接想到的办法肯定就是直接使用对PID计算，这样是完全可以的，就是不太稳定，效果不是很好，抗扰动不是很行，因此就可以选择串级PID的方式来实现相关的功能，如下我对两种方案都进行了介绍：

下面是直接使用位置PID进行计算P[ID的情况
在这里插入图片描述、
下面是使用速度和位置PID进行计算的情况了
在这里插入图片描述
这个过程感觉还是就跟着我上面说的调参方案吧，还是计较方便的，可以很快的调试出来，最终的效果如下所示：
在这里插入图片描述

5、实现跟随效果

跟随其实就是一个PID和另外一个的联动，本质情况就是把其中的一个环的PID输入量由另一个的电机的传感器采集的数据来代替，但是最终控制量确是另外一个电机。

最终实现的效果如下所示：
在这里插入图片描述

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