STM32-PID.pptx

STM32中的PID控制是一种广泛应用于自动化控制领域的算法，它能有效地调整系统性能，使得实际输出尽可能接近期望值。在本讲座中，我们将探讨PID控制的基本概念，以及如何在STM32微控制器上实现PID算法。 PID控制的引入是因为在实际应用中，如电机控制，实际速度往往不等于期望速度。例如，使用直流减速电机，即使在恒定电压下，由于不同表面的阻力差异，车速也会变化。PID（比例-积分-微分）算法就是用来解决这个问题的，通过实时调整输入（电压）来减小系统误差。 要实现PID控制，首先需要一个测量装置来检测实际状态。在这个例子中，我们使用编码器来测量电机的速度，形成速度环。同时，如果需要控制电机的角度，可以添加陀螺仪（如MPU6050）来形成角度环。 编码器连接到STM32的GPIO端口（如PB6和PB7），并提供速度反馈信号。电机的电源线连接到11-16V，编码器的GND与微控制器的GND相连，5V电源供给编码器。通过正交解码和TIM4定时器中断，可以准确地获取电机速度。 PID算法通常有两种形式：位置式和增量式。位置式PID易于理解，其输出直接取决于误差。比例项（P）立即响应误差，积分项（I）考虑误差积累，用于补偿系统偏差，而微分项（D）预测误差变化趋势，有助于系统平稳过渡。 比例项Kp的大小决定了系统响应的速度和稳定性。小Kp值会导致缓慢的响应，大Kp可能导致系统振荡。积分项I用于抵消持续的系统泄漏或阻力，确保长期一致性。微分项D则在系统接近目标时减少输出的变化，防止过冲。 在STM32中实现PID控制，需要编写相应的代码。位置式PID的代码包括获取电机速度、计算误差、更新PID输出，并设置电机驱动（如L298N）的PWM值。增量式PID代码更注重误差的变化率，通过计算当前误差与前一次误差的差值来更新输出。 在实际应用中，可能会遇到精度和稳定性的问题。例如，纯P控制可能不足以消除振荡，而PD或PID组合可能更适合。在本例中，由于电机精度有限，D项对消抖的影响不明显，因此选择了PI控制。 总结来说，STM32上的PID控制涉及到电机控制理论、编码器的使用、定时器中断、以及PID算法的编程实现。理解这些概念并灵活运用，可以帮助开发者设计出更精确、稳定的控制系统。