手把手教你玩转直流电机PID双环控制
1.速度闭环控制
我们一般在速度闭环控制系统里面，使用增量式
PI控制。而在我们的微处理器里面，因为控制器是通过软件实现其控制算法的，所以必须对模拟调节器进行离散化处理，这样它只需根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此，我们需要使用离散的差分方程代替连续的微分方程。
假定采样时间很短时（我们的代码中是
10ms），可做如下处理：
①
用一介差分代替一介微分；
②
用累加代替积分。
根据增量式离散
PID公式
Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
e(k)
：本次偏差
e(k-1)
：上一次的偏差
e(k-2)
：上上次的偏差
Pwm
代表增量输出
在我们的速度控制闭环系统里面只使用
PI控制，因此对PID控制器可简化为以下公式：
Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)
具体通过
C语言实现的代码如下：
int Incremental_PI (int Encoder,int Target)
{
float Kp=100,Ki=100; //PI
参数由电机的种类和负载决定
sta
tic int Bias,Pwm,Last_bias;
Bias=Encoder-Target; //
计算偏差
Pwm+=Kp*(Bias-Last_bias)+Ki*Bias; //
增量式PI控制器
Last_bias=Bias; //
保存上一次偏差
return Pwm; //
增量输出
}
入口参数为编码器的速度测量值和速度控制的目标值，返回值为电机控制
PWM。
第一行代码为
PI参数的定义，PI参数在不同的系统中不一样，我们的代码中的PID参数，仅针对平衡小车之家的电机空载时调试得到。
第二行是相关内部变量的定义。
第三行是求出速度偏差，由测量值减去目标值。
第四行使用增量
PI控制器求出电机PWM。
第五行保存上一次偏差，便于下次调用。
最后一行是返回。
在
10ms定时中断里面调用该函数实现我们的控制目标：
Moto1=Incremental_PI(Encoder,Target_velocity);
Set_Pwm(Moto1); //===
赋值给对应MCU的PWM寄存器
具体请结合完整代码理解，我们的代码基于
STM32F103C8控制器，但是把基于C语言的PID控制器部分剥离，并放在control.c里面，故对STM32不熟悉的同学依然可以使用记事本打开这个文件观看。
2.位置闭环控制
根据位置式离散PID公式
Pwm=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]
e(k)：本次偏差
e(k-1)：上一次的偏差
∑e(k)：e(k)以及之前的偏差的累积和;其中k为1,2,,k;
Pwm代表输出
在我们的位置控制闭环系统里面只使用PI控制，因此对PID控制器可简化为以下公式：
Pwm=Kp*e(k)+Ki*∑e(k)
具体通过C语言实现的代码如下：
int Position_PI (int Encoder,int Target)
{
float Kp=15,Ki=0.01;
static int Bias,Pwm,Integral_bias;
Bias=Encoder-Target; //计算偏差
Integral_bias+=Bias; //求出偏差的积分
Pwm=Kp*Bias+Ki*Integral_bias; //位置式PI控制器
return Pwm; //增量输出
}
入口参数为编码器的位置测量值和位置控制的目标值，返回值为电机控制PWM。
第一行代码为PI参数的定义，PI参数在不同的系统中不一样，我们的代码中的PID参数，仅针对平衡小车之家的电机空载时调试得到。
第二行是相关内部变量的定义。
第三行是求出速度偏差，由测量值减去目标值。
第四行通过累加求出偏差的积分。
第五行使用位置式PI控制器求出电机PWM。
最后一行是返回。
在10ms定时中断里面调用该函数实现我们的控制目标：
Moto1=Position_PI(Encoder,Target_position);
Set_Pwm(Moto1); //===赋值给PWM寄存器
具体请结合完整代码理解。
3.速度位置双环控制
速度位置双环控制由以上两个控制器进行嵌套，具体原理不再细讲，只对核心代码进行讲解：
Encoder=Read_Encoder(2);
Position+=Encoder;
Moto1=Position_PI(Position,Target_position);
Moto1=Incremental_PI(Encoder,-Moto1);
第一行是通过M法测速获得电机速度。
第二行是通过累加求出速度的积分，也就是电机的位置信息。
第三行是位置外环控制器，求出控制输出量，作为速度内环的控制目标值。
第四行是速度内环。
因为双环控制过程较复杂，故给出其控制原理图如下：
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