[嵌入式]基于STM32F407GTZ的pid电机控制代码（光电编码器）

注意：本篇博客主要是为了代码相关的实现进行讲解，不再过多的赘述pid相关的原理部分，如果有需要原理部分的知识，

指路一篇博客：

https://blog.csdn.net/qq_43743762/article/details/105827410?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522162877665716780274161232%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=162877665716780274161232&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-105827410.pc_search_download_positive&utm_term=pid%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%94%B5%E6%9C%BA&spm=1018.2226.3001.4187

这篇博客对于pid的原理阐述的非常详细，大家可以基于这个进行学习。

本篇博客不会给出所有的工程文件代码，如果需要可以关注我，并在评论区留下你的邮箱看到之后会立马发送工程文件

首先我们最先关注位置版的pid控制：

int Position_PID (int Encoder,int Target)
{ 	
	 float Position_KP=8,Position_KI=0.001,Position_KD=500;
	 static float Bias,Pwm,Integral_bias,Last_Bias;
	 Bias=Encoder-Target;                                  //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);       //位置式PID控制器
	 Last_Bias=Bias;  	//保存上一次偏差 
//	  printf("%d %d\n",Moto1,Encoder);		
	 return Pwm;                                           //增量输出
}

这是一段非常经典的pid控制代码，我们利用电机的编码器读数，读取出对应的读数也就是我们输入的encoder值，注意因为我们是位置控制的pid所以encoder的值在每次读取的时候千万不要清0

如果清0之后就相当于每次读取的不是累计位移而是速度（单位时间内的位移），我相信聪明的你一定很快就明白了吧。

我们这里给出编码器读取的相关代码

int Read_Encoder(u8 TIMX)//选取定时器
{
    int Encoder_TIM;    
   switch(TIMX)
	 {
     case 2:  Encoder_TIM= (short)TIM2 -> CNT;break;   //读取编码器的数据并不清零速度（我们这里只要对一个轮子进行位置pid控制所以第一读取不清0，下面两段读取就是速度pid相关的代码）
		 case 3:  Encoder_TIM= (short)TIM3 -> CNT;  TIM3 -> CNT=0;break; //读取编码器据数据并清零
		 case 4:  Encoder_TIM= (short)TIM4 -> CNT;  TIM4 -> CNT=0;break;	 //读取编码器的数据并清零
		 default:  Encoder_TIM=0;
	 }
		return Encoder_TIM;
}

我们要实现的目标是轮子卡死（或者被掰过来之后会回到原位），所以我们将目标位置设置为0（编码器的读数）这里我们将编码器读数的控制设置在了定时器的在中断之中，大约为每5ms触发一次

?
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
	{
		  TIM3->SR&=~(1<<0);		//===清除定时器1中断标志位
		  Encoder=Read_Encoder(2);                                  //===读取编码器的位置数据 初始值是10000，详见encoder.c 和encoder.h                                          //===LED闪烁;指示单片机正常运行	
		  Moto1=Position_PID(Encoder,0); 		//===位置PID控制器
		  Xianfu_Pwm(); 		//===PWM限幅
    	Set_Pwm(Moto1);                                          //===赋值给PWM寄存器        	
	}
}

?

下面给出定时器配置相关代码

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);  ///使能TIM3时钟
	
  TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr; 	//自动重装载值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc;  //定时器分频
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure);//初始化TIM3
	
	TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //允许定时器3更新中断
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); //使能定时器3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn; //定时器3中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x01; //抢占优先级1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x03; //子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
}

做完这一切基本就是对于编码器读取，和pwm输出的配置了

void MiniBalance_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{		 		
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);  	  //TIM1时钟使能    
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); 	//使能PORTA时钟	
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource8,GPIO_AF_TIM1); //GPIOA8复用为定时器1
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource11,GPIO_AF_TIM1); //GPIOA11复用为定时器1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_11;   //GPIO
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;        //复用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;	//速度100MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;      //推挽复用输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;        //上拉
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);              //初始化PA
	  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc;  //定时器分频
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //向上计数模式
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr;   //自动重装载值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; 
	
	TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);//初始化定时器1
	
	//初始化TIM1 Channel1 PWM模式	 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性低
	TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM1 
	TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM1 
	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);	//MOE 主输出使能	
	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR1上的预装载寄存器
 	TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM1在CCR4上的预装载寄存器
  TIM_ARRPreloadConfig(TIM1,ENABLE);//ARPE使能
   PWMA=0;PWMB=0;	
	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIM1
	MiniBalance_Motor_Init();
} 

编码器设置：这里使用的是定时器2

void Encoder_Init_TIM2(void)
{
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
  TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);   //使能定时器
  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);  //使用A口
 

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;  //PA0 PA1
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  

  GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource0,GPIO_AF_TIM2);   //复用为TIM2 编码器接口
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource1,GPIO_AF_TIM2);   //复用为TIM2 编码器接口
  
  TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
  
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; 							// No prescaling     //不分频
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD;  //设定计数器自动重装值
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //选择时钟分频：不分频
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数    
  TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);  //初始化定时器
  
  TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM2, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
  TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
  TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0;
  TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);
  TIM2->CNT = 0;
  TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新标志位
  TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
  TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 
}

下面给出主函数

int main(void)
{
	 u32 t=0;
	uart_init(115200);
	delay_init(84);
  MiniBalance_Motor_Init();
  MiniBalance_PWM_Init(7199,0);
	Encoder_Init_TIM2();  
	TIM3_Int_Init(5-1,8400-1);//时间是5ms
//   op=0;
  while(1){
//		AIN2=1;AIN1=0;
	
   printf("t:%d %d %d\r\n",PWMA,Encoder,op);
		delay_ms(50);
		t++;
	}
}

然后基本上就是大功告成啦！本次所有代码均通过实际测试，编译没有问题可以正常使用。

这是我第一次写博客，有什么问题欢迎在评论区指出并且讨论