stm32直流电机PID控制hal库(Cubemx)

只看该作者 · 2023-10-27 01:04

本帖最后由花间一壶酒sd 于 2023-10-27 01:19 编辑

前言
本人才疏学浅、文笔浅薄，对于pid调节和Cubemx的使用大多都是末学肤受，请您斧正！

这次我们使用的电机驱动芯片是TB213A；
我采用的芯片是stm32f401，使用的电机为MG513P10 12V，还需要20kΩ和33kΩ的电阻后面会说到。
本文使用的是Cubemx生成的基于hal库的开发，暂未采用Freertos操作系统。

一、进行pwm输出和相关引脚的配置
1.PWM输出配置
PWM的频率大概是10KHZ，CK_CNT=TIMXCLK/(PSC+1)。所以我们将预分配系数为0，arr寄存器的值为8400-1；

对“auto-reload preload”的设定值的一个提示：
auto-reload preload=Disable：自动重载寄存器写入新值后，该计数值立刻生效，作为当前计数周期的溢出值。
auto-reload preload=Enable：自动重载寄存器写入新值后，存放在预装载寄存器中，该值不会马上生效，计数器按照原来旧的溢出值进行计数。当计数溢出后，该计数值才会生效（由预装载寄存器转入影子寄存器），开始新的计数周期
一般而言：预装载功能在多个定时器同时输出信号时比较有用，可以确保多个定时器的输出信号在同一个时刻变化，实现同步输出。单个定时器使用时，一般不开启预装载功能。

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只看该作者 · 2023-10-27 01:04

2.电机控制引脚配置
对于定时器而言除了红色位置需要修改以外其他地方不需要修改。（其他基础配置不做解析）。
TB213A需要两个引脚来控制电机的正反转以及停止所以我们在定义两个gpio为输出：
（为了方便我们使用user label）

只看该作者 · 2023-10-27 01:04

只看该作者 · 2023-10-27 01:04

TB213A还有一个STBY引脚他需要使能高电平，直接接入单片机的vcc+即可。

只看该作者 · 2023-10-27 01:05

用户代码文件编写
我们在MDK_ARM文件夹下创建一个user的文件夹（我们会在这个文件夹中加入自己写的相关文件），并在次文件夹下分别创建moto.c moto.h文件，打开工程并将文件添加在keil文件中（这里不在赘述如何添加）
在文件中我们找到89行：添加如下代码

只看该作者 · 2023-10-27 01:05

只看该作者 · 2023-10-27 01:05

并在moto.c中写入控制正反转的函数：

只看该作者 · 2023-10-27 01:05

在主函数中开启pwm以及确定正反转就可以了

只看该作者 · 2023-10-27 01:05

通过encoder来获取当前转速
stm32芯片有硬件编码器功能，所以得到转速很方便。得到转速有几种方法：
常用的编码器测速方法一般有三种：M 法、T 法和M/T 法。

M 法：又叫做频率测量法。这种方法是在一个固定的定时时间内（以秒为单位），统计这段时间的编码器脉冲数，计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为C，在时间T0 内，统计到的编码器脉冲数为M0，则转速n 的计算公式为：N=M0/(C*T0)
公式中的编码器单圈总脉冲数C 是常数，所以转速n 跟M0 成正比。这就使得在高速测量时M0变大，可以获得较好的测量精度和平稳性，但是如果速度很低，低到每个T0 内只有少数几个脉冲，此时算出的速度误差就会比较大，并且很不稳定。也有一些方法可以改善M 法在低速测量的准确性，上一节提到的增量式编码器倍频技术就是其中一种，比如原本捕获到的脉冲M0 只有4 个，经过4 倍频后，相同电机状态M0 变成了16 个，也就提升了低速下的测量精度。

只看该作者 · 2023-10-27 01:08

T 法：又叫做周期测量法。这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数，计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的间隔时间TE 决定，计数值为M1。设编码器单圈总脉冲数为C，高频脉冲的频率为F0，则转速n 的计算公式为：

只看该作者 · 2023-10-27 01:08

公式中的编码器单圈总脉冲数C 和高频脉冲频率F0 是常数，所以转速n 跟M1 成反比。从公式可以看出，在电机高转速的时候，编码器脉冲间隔时间TE 很小，使得测量周期内的高频脉冲计数值M1 也变得很少，导致测量误差变大，而在低转速时，TE 足够大，测量周期内的M1 也足够多，所以T 法和M 法刚好相反，更适合测量低速。

只看该作者 · 2023-10-27 01:09

M/T 法：这种方法综合了M 法和T 法各自的优势，既测量编码器脉冲数又测量一定时间内的高频脉冲数。在一个相对固定的时间内，计数编码器脉冲数M0，并计数一个已知频率为F0 的高频脉冲，计数值为M1，计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为C，则转速n 的计算公式为：

只看该作者 · 2023-10-27 01:09

由于M/T 法公式中的F0 和C 是常数，所以转速n 就只受M0 和M1 的影响。电机高速时，M0 增大，M1 减小，相当于M 法，低速时，M1 增大，M0 减小，相当于T 法。

只看该作者 · 2023-10-27 01:09

编码器encouder配置

只看该作者 · 2023-10-27 01:09

如图所示我们打开一个新的定时器（因为stm32是不允许同一个定时器又用到pwm输出功能和编码器功能，所以开一个新的定时器，我用的是TIM4），我们开启encoder mode，然后选择四倍频，滤波我们填写10。

只看该作者 · 2023-10-27 01:10

霍尔编码器会输出两路方波信号，如果只在通道A的上升沿计数，那就是1倍频；通道A的上升、下降沿计数，那就是2倍频；如果在通道A、B的上升、下降沿计数，那就是4倍频。

使用倍频可以最大程度地利用两路信号，提高测速的灵敏度

只看该作者 · 2023-10-27 01:10

定时器中断配置
我们还需再打开一个定时器用来计时间隔

只看该作者 · 2023-10-27 01:10

这里我们这样配置是为了每10ms（及100HZ）检测速度；并且要打开中断（NVIC）

只看该作者 · 2023-10-27 01:10

串口发送配置
由于我们现在需要通过串口打印出相应的代码，所以我们加入usart

只看该作者 · 2023-10-27 01:10

霍尔编码器输出说明
在本实验中由于霍尔编码器的输出的高电平为5v为了保护单片机我们这里使用一个及其简单的分压电路即可。（一个33kΩ另一个20kΩ）