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直流有刷电机闭环调速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1
前言
主控板STM32F302R8+驱动板X-NUCLEO-IHM07M1+直流减速电机37GB3530，实现电机的转速闭环调速控制。直流电机的调速原理请阅读此章节：
直流有刷电机调速原理及Matlab/Simulink仿真
直流电机闭环控制原理请阅读此章节：
直流有刷电机H桥正反转调速原理及Matlab/Simulink仿真
有关驱动板X-NUCLEO-IHM07M1相关知识请阅读此章节：
直流有刷电机驱动基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）
直流有刷电机编码器测速请阅读此章节：
直流有刷电机编码器测速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1一、PID算法
要实现速度闭环调速，需要用到PID控制
二、STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1直流电机的闭环调速
2.1.功能需求
直流电机的转速闭环控制
2.2.硬件设计
控制板：STM32F302R8
驱动板：X-NUCLEO-IHM07M1
直流电机：37GB3530，额定功率10W，额定电压12V，额定电流0.3A
2.3.软件设计
2.3.1.底层配置
底层配置同上一章直流有刷电机编码器测速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1
2.3.2.应用层开发
按键扫描函数：
/* USER CODE BEGIN 2 */ uint8_t KEY_Scany(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) { if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin)==0) { while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin)==0); return 1; } else return 0; } /* USER CODE END 2 */- 1
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主函数：
int main(void) { /* USER CODE BEGIN 1 */ uint8_t count=0; /* USER CODE END 1 */ /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_TIM1_Init(); MX_TIM2_Init(); MX_TIM6_Init(); MX_USART2_UART_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ //使能桥臂1和桥臂2 HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN1_Pin, GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN2_Pin, GPIO_PIN_SET); //使能TIM1_CH1和TIM1_CH2两通道PWM输出，输出占空比默认为0 //PWM2输出0，控制PWM1输出的占空比，即可实现开环调速 HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2); //使能TIM2_CH1和TIM2_CH2编码器 HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_2); //使能更新中断，清除中断标志位 __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2,TIM_IT_UPDATE); __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim2,TIM_IT_UPDATE); //使能TIM6中断，清除中断标志位 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6); __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim6,TIM_IT_UPDATE); debug_init(); //上位机函数初始化 pid_init(); //PID函数初始化 /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ if(KEY_Scany(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==1) { Motor_Run=1; g_speed_pid.SetPoint+=50; //设定目标转速 if(g_speed_pid.SetPoint>=350) g_speed_pid.SetPoint=350; } HAL_Delay(10); if(count%50==0) { HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); //0.5s程序运行指示灯 count=0; } count++; } /* USER CODE END 3 */ }- 1
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中断函数：
/* USER CODE BEGIN 1 */ void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { int Encode_now; static uint8_t count=0; if(htim->Instance==TIM2) //TIM2更新中断 { if(__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&htim2)) //记录溢出次数，向下计数减1，向上计数加1 { Encode_Count--; } else { Encode_Count++; } } else if(htim->Instance==TIM6) { Motor_Direction=__HAL_TIM_IS_TIM_COUNTING_DOWN(&htim2); //电机方向 Encode_now=Get_Encode(); //获取当前脉冲计数总值 Speed_Computer(Encode_now,5); //5ms更新一次速度 if(count%SMAPLSE_PID_SPEED==0) //50ms更新一次PID，进行速度闭环控制 { if(Motor_Run==1) { Duty=increment_pid_ctrl(&g_speed_pid,Motor_Speed); //测量速度反馈，实现闭环控制 if(Duty>=100) //占空比限制 Duty=100; else if(Duty<=0) Duty=0; TIM1->CCR1=Duty; //PID输出占空比，用于控制PWM的输出，实现速度调节 debug_send_wave_data(1,Motor_Speed); //发送数据到上位机 debug_send_wave_data(2,g_speed_pid.SetPoint); debug_send_wave_data(3,Duty); } count=0; } count++; } } /* USER CODE END 1 */- 1
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Get_Encode函数：
int Get_Encode(void) { return (int32_t) __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)+Encode_Count*65536; //计数总值=当前计数值+溢出次数*65536 }- 1
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速度计算函数Speed_Computer，采用M法测速：
注：此处借鉴正点原子参考程序，引入冒泡排序及一阶滤波void Speed_Computer(int32_t Encode_now,uint8_t time) //采用M法测速 { uint8_t i=0,j=0; float temp=0.0; static uint8_t sp_count=0,k=0; static float speed_arr[10]={0.0}; if(sp_count==time) //5ms计算一次速度 { g_encode.encode_now=Encode_now; //获取当前编码器计数总值 g_encode.speed=(g_encode.encode_now-g_encode.encode_old); //计算5ms内编码器计数的变化量 speed_arr[k++]=(float)(g_encode.speed*((1000/time)*60)/(uint16_t)(16*4*30)); //M法测速计算电机转速,累计10次转速 g_encode.encode_old=g_encode.encode_now; //保存当前计数值 if(k>=10) //冒泡排序 { for(i=10;i>=1;i--) { for(j=0;j<(i-1);j++) { if(speed_arr[j]>speed_arr[j+1]) { temp=speed_arr[j]; speed_arr[j]=speed_arr[j+1]; speed_arr[j+1]=temp; } } } temp=0.0; for(i=2;i<8;i++) //去掉一个最大和最小值，去平均 { temp+=speed_arr[i]; } temp=(float)temp/6; Motor_Speed=(float)((Motor_Speed*(float)0.52)+((float)0.48*temp)); //一阶滤波 k=0; } sp_count=0; } sp_count++; }- 1
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PID函数increment_pid_ctrl：
注：此处借鉴正点原子参考程序，程序中用的是位置式PIDint32_t increment_pid_ctrl(PID_TypeDef *PID,float Feedback_value) { PID->Error = (float)(PID->SetPoint - Feedback_value); /* 计算偏差 */ #if INCR_LOCT_SELECT /* 增量式PID */ PID->ActualValue += (PID->Proportion * (PID->Error - PID->LastError)) /* 比例环节 */ + (PID->Integral * PID->Error) /* 积分环节 */ + (PID->Derivative * (PID->Error - 2 * PID->LastError + PID->PrevError)); /* 微分环节 */ PID->PrevError = PID->LastError; /* 存储偏差，用于下次计算 */ PID->LastError = PID->Error; #else /* 位置式PID */ PID->SumError += PID->Error; PID->ActualValue = (PID->Proportion * PID->Error) /* 比例环节 */ + (PID->Integral * PID->SumError) /* 积分环节 */ + (PID->Derivative * (PID->Error - PID->LastError)); /* 微分环节 */ PID->LastError = PID->Error; #endif return ((int32_t)(PID->ActualValue)); /* 返回计算后输出的数值 */ }- 1
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PID值设置：
/* 位置式PID参数相关宏 */ #define KP 0.35f /* P参数*/ #define KI 0.08f /* I参数*/ #define KD 0.05f /* D参数*/ #define SMAPLSE_PID_SPEED 50 /* 采样周期 单位ms*/- 1
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上位机采用正点原子上位机，用于波形观察
2.4.下载验证
编译下载到控制器，观察实验现象
目标速度与实际速度
占空比总结
主控板STM32F302R8+驱动板X-NUCLEO-IHM07M1+直流减速电机37GB3530，实现了直流电机的闭环调速，为后续章节的分析奠定基础
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_42650162/article/details/126683990
