#define LIMIT(x,min,max) (x)=(((x)<=(min))?(min):(((x)>=(max))?(max):(x)))  //限幅定义

typedef struct _PID
{
	float kp,ki,kd;               //PID的三个参数
	float error,lastError;        //当前误差和上一次的误差
	float integral,maxIntegral;   //积分量和积分的限幅
	float output,maxOutput;       //PID的输出量和PID的最大输出量
}PID;

2. 定义PID的初始化函数

//PID初始化函数
void PID_Init(PID *pid,float p,float i,float d,float maxI,float maxOut)
{
	pid->kp=p;
	pid->ki=i;
	pid->kd=d;
	pid->maxIntegral=maxI;
	pid->maxOutput=maxOut;
}

3.最后是关键的PID计算函数，其实也十分简单，就是根据PID的原理编写

//单级PID计算，需要传入的参数，PID结构体，目标值，反馈值
void PID_SingleCalc(PID *pid,float reference,float feedback)
{ 
	pid->lastError = pid->error;                              //更新上一次的误差
	pid->error = reference-feedback;                          //更新当前误差
    //下面分别是P，I，D的计算
    pid->output += pid->error*pid->kp;                        //P为根据当前误差计算输出量
    pid->integral += pid->error*pid->ki;                      //I为累计误差的输出量
    LIMIT(pid->integral,-pid->maxIntegral,pid->maxIntegral);  //限制I的输出，抑制超调
    pid->output += pid->integral;   
	pid->output = (pid->error - pid->lastError)*pid->kd;      //D以当前误差减去上次误差作为微分环节
	LIMIT(pid->output,-pid->maxOutput,pid->maxOutput);        //限制PID总输出
}

三、利用PID控制器控制电机输出

1.首先，我们先修改一下我们上次的Motor结构体，添加与PID相关的参数

typedef struct _Motor
{
	int32_t lastAngle;       //上次计数结束时转过的角度
	int32_t totalAngle;      //总共转过的角度
	int16_t loopNum;         //电机计数过零计数
	float speed;             //电机输出轴速度
	float targetSpeed;       //添加设定的目标速度
	PID pid;                 //添加电机对应PID
}Motor;

2.在我们上一次的电机代码中加入PID.h和PID.c文件，并创建给电机发送控制的代码

//电机发送指令
void Motor_Send(enum Mode mode)
{
    PID_SingleCalc(&motor.pid, motor.targetSpeed, motor.speed);      //进行PID计算，传入我们设定的目标值targetSpeed，和我们上篇文章处理编码器值得到的speed值
	output = motor.pid.output; 
	if(output > 0)        //对应正转
	{
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim5, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t)output);
		IN1(0);
		IN2(1);
	}
	else				  //对应反转					
	{
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim5, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t)(-output));
		IN1(1);
		IN2(0);
	}
}

四、如何确定PID中的参数

在我们的结构体中，我们定义了kp，ki，kd，还有maxIntegral积分限幅，maxOutput输出限幅，意味着我们需要在PID初始化时确定这五个参数。

其中比较好确定的是maxOutput即输出限幅，这个间接表达了我们的最大占空比，在此处，因为我们PWM设定的counter period为10000，则maxoutput当然也是设定为10000。

而其他参数，我一般使用时先将参数全部设定为0，然后在debug中进行调整，最后在确定出最优的参数

PID_Init(&motor.pid, 0, 0, 0, 0, 10000);

在debug中我们打开对Motor这个参数进行观察，然后点开PID这一栏

然后我们就可以对其中的变量进行确定了。

对于此电机，一般我们只需要确定PI参数即可。我们先给电机targetspeed设定一个合适的值，因为我们的单位是RPM，每分钟多少转，我们可以设定为60.

然后先确定P的参数，从一个较小的值开始给，一直增加到感觉到电机有明显的震动，然后在慢慢的减少，直到电机不再震动，将此时的值，乘以0.7左右，即是P比较优的值

I值的确定，要和I的限幅一起确定。在我们确定好P的值后，会发现此时距离目标值仍有误差error，我们就需要通过I的值来消除这个error。而I的限幅则是防止I过饱和现象的出现，即当电机出现堵转时，防止一I积累过冲而导致输出一下过大的情况，这个可以通过在调节I时，观察error值的变化来确定，以防止出现error正负经常变化的情况。

总结

本博客只是以自己实际调节的PID中使用的代码，及经验讲解，理论部分不多，毕竟PID的理论已经比较普及了，以我学生的身份去理解，肯定也没有书上讲的好，如果需要对此有比较深刻的认识，可以去网上看看书本中的例子来进一步理解。

STM32 Cubemax(七) —— 单级PID控制带编码器的直流减速电机速度

STM32 Cubemax(七) —— 单级PID控制带编码器的直流减速电机速度

前言

一、PID控制

二、PID代码

三、利用PID控制器控制电机输出

四、如何确定PID中的参数

总结

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