【STM32】使用HAL库进行电机PID位置环控制，代码+调参-Toy模板网

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前面两篇博文已经实现了电机测速和PID速度环控制，在这篇博文中，我们主要说明位置环的代码怎么写以及PID参数怎么调。

1. 位置环代码实现

写完速度环后位置环就很简单了。

在串级PID中，内环的控制量一般是外环控制量的微分。在我们这里，外环是控制量是电机转动的位置（也可以说是角度），内环是电机转动的速度，刚好满足这个微分关系。

我们的思路是这样的，我们给外环PID设定电机转动的目标位置，位置环PID计算得到电机此时的理想转速，送到内环速度环，速度环计算得到此时PWM理想的占空比，并输出给电机。双环PID就需要两个反馈量，速度环的反馈量仍然是电机的速度，而位置环的反馈量可以使用编码器输出的脉冲总数。由于电机正转时脉冲总数会增加，而反转时脉冲总数会减少，所以脉冲总数其实是和电机转动的位置一一对应的。

位置环实现代码如下

因为死区和刹车这些东西位置环和速度环不一样，为了和速度环区分开，我们需要在PID.c中加上一个位置环的PID函数。

PID pid_speed,pid_position;
/**********************************
 * 功能：PID结构体参数初始化
 * 输入：无
 * 返回：无
 * *******************************/
void PID_Init(void)//PID参数初始化
{
    pid_speed.err = 0;
    pid_speed.integral = 0;
    pid_speed.maxIntegral = 1000;
    pid_speed.maxOutput = __HAL_TIM_GetAutoreload(&PWM_TIM);
    pid_speed.lastErr = 0;
    pid_speed.output = 0;
    pid_speed.kp = KP_speed;
    pid_speed.ki = KI_speed;
    pid_speed.kd = KD_speed;

    pid_position.err = 0;
    pid_position.integral = 0;
    pid_position.maxIntegral = 80;
    pid_position.maxOutput = __HAL_TIM_GetAutoreload(&PWM_TIM);
    pid_position.lastErr = 0;
    pid_position.output = 0;
    pid_position.kp = KP_position;//这几个宏定义要自己补充
    pid_position.ki = KI_position;
    pid_position.kd = KD_position;
}

/****************************************
 * 作用：位置环PID计算
 * 参数：PID参数结构体地址；目标值；反馈值
 * 返回值：无
 * ****************************************/
float Location_PID_Realize(PID* pid,float target,float feedback)//一次PID计算
{
     if(pid->err < 0.5 && pid->err > -0.5) pid->err = 0;//pid死区
    pid->err = target - feedback;
    pid->integral += pid->err;

    if(pid->ki * pid->integral < -pid->maxIntegral) pid->integral = -pid->maxIntegral / pid->ki;//积分限幅
    else if(pid->ki * pid->integral > pid->maxIntegral) pid->integral = pid->maxIntegral / pid->ki;

    pid->output = (pid->kp * pid->err) + (pid->ki * pid->integral) + (pid->kd * (pid->err - pid->lastErr));//全量式PID

    //输出限幅
    if(pid->output > pid->maxOutput) pid->output = pid->maxOutput;
    if(pid->output < -pid->maxOutput) pid->output = -pid->maxOutput;

    pid->lastErr = pid->err;

    return pid->output;
}

定时器函数如下

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{

    Motor_Contorl(htim);//我把测速和PID封装成一个函数了
}
    
void Motor_Contorl(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    Motor_Get_Speed(htim);//得到电机转速
    Now_Position = (float)(motor1.totalCount-10000)// 得到当前位置 10000编码器脉冲计数的初始值
    Target_Speed = Location_PID_Realize(&pid_position,Target_Position,Now_Position);//位置环 Target_Position是目标位置，自行定义即可
    motor_Out = Speed_PID_Realize(&pid_speed,Target_Speed,motor1.speed);//速度环
    if(motor_L_Out >= 0)
    {
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR_TIM, MOTOR_CHANNEL_FORWARD, 1000);
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR_TIM, MOTOR_CHANNEL_BACKWARD, 1000-motor_Out);
    }
    else
    {
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR_TIM, MOTOR_CHANNEL_BACKWARD, 1000);
        __HAL_TIM_SetCompare(&MOTOR_TIM, MOTOR_CHANNEL_FORWARD, 1000+motor_Out);
    }
}