24年电赛——自动行驶小车（H题）MSPM0G3507-编码电机驱动与通用PID_24年电赛小车

一、编码电机驱动

        编码电机的详情可以查看此篇文章：

stm32平衡小车--（1）JGB-520减速电机+tb6612（附测试代码）_jgb520-CSDN博客

        简单来说，编码电机的驱动主要是给一个 PWM 和一个正负级就能驱动。PWM 的大小决定转速快慢，电机的两个电源正负极不同决定了旋转的方向不同。

1、PWM设置：

        PWM 的值可以在图形化配置界面进行配置，同时也可以通过如下函数进行设置：第一个参数是定时器，第二个是捕获比较值，第三个是通道。

void DL_Timer_setCaptureCompareValue( GPTIMER_Regs *gptimer, uint32_t value, DL_TIMER_CC_INDEX ccIndex);

        如下是设置占空比的一个函数。第一个参数是捕获比较值，第二个参数是设置通道，我是用一个定时器输出两路 PWM，所以需要两个通道。因为设置的是下降沿触发，系统主频是80MHz，进行了10000分频，所以计数值就是8000。duty = 7999 - 7999 * (duty/3200.0);就可以将捕获比较值从8000映射到3200。然后下面 if 来判断设置PWM输出的通道。

// 设置电机PWM占空比，取值范围为3200~0，对应占空比为100%~0%void Motor_SetPwm(float duty,uint8_t channel) { duty = 7999 - 7999 * (duty/3200.0); if(channel==0){ DL_TimerA_setCaptureCompareValue(PWM_MOTOR_INST , duty, DL_TIMER_CC_0_INDEX ); // 设置定时器捕获比较值 }else { DL_TimerA_setCaptureCompareValue(PWM_MOTOR_INST , duty, DL_TIMER_CC_1_INDEX ); // 设置定时器捕获比较值 }}

        PWM 图形化配置：

 2、电机方向设置

        此函数与上面的参数一致。这两个函数分别用来设置引脚低电平和高电平。

DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN);DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN);

        下面函数时根据驱动电机。duty 值为正，电机正转，duty 值为负，电机反转；channel 值为0，驱动右轮，channel 值为1，驱动左轮。

// 电机前进控制函数void Set_Speed(float duty, uint8_t channel) { if(channel==0){ //判断左右轮 if(duty>0){ //判断正反转 Motor_SetPwm(duty,channel); DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL1_PIN); DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FL2_PIN); }else if(duty0){ Motor_SetPwm(duty,channel); DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN); DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN); }else if(duty<0){ Motor_SetPwm(-duty,channel); DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN); DL_GPIO_setPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN); }else { DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR1_PIN); DL_GPIO_clearPins(GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PORT, GPIO_MOTOR_PIN_FR2_PIN); } }}

二、通用PID

        其中增量式 PID 不需要初始阈值，其输出主要是与上次误差与上上次误差有关，适合调节稳定速度；

        位置式 PID 需要初始阈值，其输出的结果与历史的状态有关，适合将速度维持在某个定值。

pid.c

#include \"pid.h\"#include // 初始化PID结构体void PID_Init(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point, PID_VAR_TYPE Proportion,  PID_VAR_TYPE Integral, PID_VAR_TYPE Derivative){ // 初始化PID参数 s_PID->SetPoint = set_point; // 设定目标值 s_PID->Proportion = Proportion; // 比例系数 s_PID->Integral = Integral; // 积分系数 s_PID->Derivative = Derivative; // 微分系数 s_PID->Error = 0; // 当前误差 s_PID->LastError = 0;  // 上一次误差 s_PID->PrevError = 0;  // 上上次误差 s_PID->SumError = 0;  // 总误差 s_PID->LastResult = 0;  // 上一次计算结果 s_PID->Result = 0;// 当前计算结果 s_PID->OutMax = DEFAULT_PID_OUT_MAX; // 输出上限 s_PID->OutMin = DEFAULT_PID_OUT_MIN; // 输出下限 s_PID->IntegralMax = DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MAX; // 积分输出上限 s_PID->IntegralMin = DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MIN; // 积分输出下限}// 设置PID的目标值void PID_SetPoint(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point){ s_PID->SetPoint = set_point;}// 设置PID的输出范围void PID_SetOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin){ s_PID->OutMax = outMax; s_PID->OutMin = outMin;}// 设置PID的积分输出范围void PID_SetIntegralOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin){ s_PID->IntegralMax = outMax; s_PID->IntegralMin = outMin;}// 增量型PID计算PID_VAR_TYPE Increment_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point){ s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果 // 计算误差 s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point; // PID计算 s_PID->Result = s_PID->LastResult + s_PID->Proportion * (s_PID->Error - s_PID->LastError) + // 比例项 s_PID->Integral * s_PID->Error + // 积分项 s_PID->Derivative * (s_PID->Error - 2 * s_PID->LastError + s_PID->PrevError); // 微分项 s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差 s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差 // 限制输出范围 if (s_PID->Result > s_PID->OutMax) s_PID->Result = s_PID->OutMax; else if (s_PID->Result OutMin) s_PID->Result = s_PID->OutMin; return s_PID->Result;}// 位置型PID计算PID_VAR_TYPE Position_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point){ s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果 // 计算误差 s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point; s_PID->SumError += s_PID->Error; // 更新总误差 // 限制积分输出范围 PID_VAR_TYPE IOutValue = s_PID->SumError * s_PID->Integral; if (IOutValue > s_PID->IntegralMax) IOutValue = s_PID->IntegralMax; else if (IOutValue IntegralMin) IOutValue = s_PID->IntegralMin; // PID计算 s_PID->Result = s_PID->Proportion * s_PID->Error + // 比例项 IOutValue + // 积分项 s_PID->Derivative * (s_PID->Error - s_PID->LastError); // 微分项 s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差 s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差 // 限制输出范围 if (s_PID->Result > s_PID->OutMax) s_PID->Result = s_PID->OutMax; else if (s_PID->Result OutMin) s_PID->Result = s_PID->OutMin; return s_PID->Result;}// 综合型PID计算PID_VAR_TYPE PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point){ s_PID->LastResult = s_PID->Result; // 保存上一次的计算结果 // 计算误差 s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point; s_PID->SumError += s_PID->Error; // 更新总误差 // 限制积分输出范围 PID_VAR_TYPE IOutValue = s_PID->SumError * s_PID->Integral; if (IOutValue > s_PID->IntegralMax) IOutValue = s_PID->IntegralMax; else if (IOutValue IntegralMin) IOutValue = s_PID->IntegralMin; // PID计算 s_PID->Result = s_PID->Proportion * (s_PID->Error + IOutValue) + // 比例项 s_PID->Derivative * (s_PID->Error - s_PID->LastError); // 微分项 s_PID->PrevError = s_PID->LastError; // 更新上上次误差 s_PID->LastError = s_PID->Error; // 更新上一次误差 // 限制输出范围 if (s_PID->Result > s_PID->OutMax) s_PID->Result = s_PID->OutMax; else if (s_PID->Result OutMin) s_PID->Result = s_PID->OutMin; return s_PID->Result;}

#ifndef __PID_H#define __PID_H //PID输出范围宏定义#define DEFAULT_PID_OUT_MAX  ( 3200)#define DEFAULT_PID_OUT_MIN  (-3200)//PID积分范围宏定义#define DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MAX ( 400)#define DEFAULT_PID_INTEGRAL_OUT_MIN (-400)//PID变量类型宏定义#define PID_VAR_TYPE float //int//定义结构体typedef struct{ PID_VAR_TYPE SetPoint; // 设定目标 PID_VAR_TYPE Proportion; // 比例常数 PID_VAR_TYPE Integral; // 积分常数 PID_VAR_TYPE Derivative; // 微分常数 PID_VAR_TYPE SumError; // 积分和 PID_VAR_TYPE Error; // 误差 PID_VAR_TYPE LastError; // 上次误差 PID_VAR_TYPE PrevError; // 前一次误差 PID_VAR_TYPE LastResult; // 上次计算结果 PID_VAR_TYPE Result; // 当前计算结果 PID_VAR_TYPE OutMax; // 输出限幅最大值 PID_VAR_TYPE OutMin; // 输出限幅最小值 PID_VAR_TYPE IntegralMax; // 积分限幅最大值 PID_VAR_TYPE IntegralMin; // 积分限幅最小值} PID;extern void PID_Init(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point, PID_VAR_TYPE Proportion, PID_VAR_TYPE Integral, PID_VAR_TYPE Derivative); //PID初始化extern void PID_SetOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin); //设置PID输出范围extern void PID_SetIntegralOutRange(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE outMax, PID_VAR_TYPE outMin); //设置PID积分范围extern void PID_SetPoint(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE set_point); //设置目标值extern PID_VAR_TYPE Increment_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //增量式PID计算extern PID_VAR_TYPE Position_PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //位置式PID计算extern PID_VAR_TYPE PID_Cal(PID *s_PID, PID_VAR_TYPE now_point); //比例外置式PID#endif