增量式PID实现方法大放送

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硬件部分：
控制系统的控制对象是4个空心杯直流电机，电机带光电编码器，可以反馈转速大小的波形。电机驱动模块是普通的L298N模块。
芯片型号，STM32F103ZET6
软件部分：
PWM输出：TIM3，可以直接输出4路不通占空比的PWM波
PWM捕获：STM32除了TIM6 TIM7其余的都有捕获功能，使用TIM1 TIM2 TIM4 TIM5四个定时器捕获四个反馈信号
PID的采样和处理：使用了基本定时器TIM6，溢出时间就是我的采样周期，理论上T越小效果会越好，这里我取20ms，依据控制对象吧，如果控制水温什么的采样周期会是几秒几分钟什么的。
上面的PWM输出和捕获关于定时器的设置都有例程，我这里是这样的：
TIM3输出四路PWM，在引脚 C 的 GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9输出
四路捕获分别是TIM4 TIM1 TIM2 TIM5 ，对应引脚是： PB7 PE11 PB3 PA1
高级定时器tim1的初始化略不同，它的中断”名称“和通用定时器不同，见代码：

/*功能名称IM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
描述 TIM3产生四路PWM
*/
void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟使能
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3全映射 GPIOC-> 6,7,8,9 //用于TIM3的CH2输出的PWM通过该LED显示
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH1 CH2 CH3 CH4 的PWM脉冲波形
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; //初始化GPIO
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9);//默认电机使能端状态：不使能
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值这里是72分频，那么时钟频率就是1M
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIMx在CCR1上的预装载寄存器
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIMx在CCR2上的预装载寄存器
TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIMx在CCR3上的预装载寄存器
TIM_OC4Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC4PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIMx在CCR4上的预装载寄存器
TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外设
}
/*功能名称TIM4_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
描述 PWM输入初始化*/
void TIM4_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //TIM的初始化结构体
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //中断配置
TIM_ICInitTypeDef TIM4_ICInitStructure; //TIM4 PWM配置结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //IO口配置结构体
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //Open TIM4 clock
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //open gpioB clock
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //GPIO 7
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
/*配置中断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM4_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM4_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM4_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM4_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_div1;
TIM4_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3; //Filter:过滤
TIM_PWMIConfig(TIM4, &TIM4_ICInitStructure); //PWM输入配置
TIM_SelectInputTrigger(TIM4, TIM_TS_TI2FP2); //选择有效输入端
TIM_SelectSlaveMode(TIM4, TIM_SlaveMode_Reset); //配置为主从复位模式
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM4, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发
TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE); //中断配置
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}
void TIM4_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_CC2) ！= RESET)//捕获1发生捕获事件
{
duty_TIM4 = TIM_GetCapture1(TIM4); //采集占空比
if (TIM_GetCapture2(TIM4)>600) period_TIM4 = TIM_GetCapture2(TIM4);//简单的处理
CollectFlag_TIM4 = 0;
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
/*功能名称TIM1_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
描述 PWM输入初始化*/
void TIM1_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //TIM的初始化结构体
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //中断配置
TIM_ICInitTypeDef TIM1_ICInitStructure; //PWM配置结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //IO口配置结构体
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE); //Open TIM1 clock
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE); //open gpioE clock
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM1, ENABLE); //Timer1完全重映射 TIM1_CH2->PE11
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11; //GPIO 11
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
/*配置中断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM1_CC_IRQn; //TIM1捕获中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM1_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
TIM1_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM1_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM1_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_div1;
TIM1_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x03; //Filter:过滤
TIM_PWMIConfig(TIM1, &TIM1_ICInitStructure); //PWM输入配置
TIM_SelectInputTrigger(TIM1, TIM_TS_TI2FP2); //选择有效输入端
TIM_SelectSlaveMode(TIM1, TIM_SlaveMode_Reset); //配置为主从复位模式
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM1, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发
// TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE); //中断配置
TIM_ITConfig(TIM1, TIM_IT_CC2, ENABLE); //通道2 捕获中断打开
//TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}
void TIM1_CC_IRQHandler(void)
{
{
if (TIM_GetITStatus(TIM1, TIM_IT_CC2) ！= RESET)//捕获1发生捕获事件
{
duty_TIM1 = TIM_GetCapture1(TIM1); //采集占空比
if (TIM_GetCapture2(TIM1)>600) period_TIM1 = TIM_GetCapture2(TIM1);
CollectFlag_TIM1 = 0;
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM1, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
/*功能名称TIM2_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
描述 PWM输入初始化*/
void TIM2_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //TIM的初始化结构体
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //中断配置
TIM_ICInitTypeDef TIM2_ICInitStructure; //TIM2 PWM配置结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //IO口配置结构体
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); //Open TIM2 clock
// RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //open gpioB clock
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE); //关闭JTAG
GPIO_PinRemapConfig(GPIO_FullRemap_TIM2, ENABLE); //Timer2完全重映射 TIM2_CH2->PB3
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //GPIO 3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //浮空输入上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
/*配置中断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM2_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM2_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM2_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_div1;
TIM2_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3; //Filter:过滤
TIM_PWMIConfig(TIM2, &TIM2_ICInitStructure); //PWM输入配置
TIM_SelectInputTrigger(TIM2, TIM_TS_TI2FP2); //选择有效输入端
TIM_SelectSlaveMode(TIM2, TIM_SlaveMode_Reset); //配置为主从复位模式
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM2, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发
TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE); //中断配置
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
void TIM2_IRQHandler(void)
{
{
if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) ！= RESET)//捕获1发生捕获事件
{
duty_TIM2 = TIM_GetCapture1(TIM2); //采集占空比
if (TIM_GetCapture2(TIM2)>600) period_TIM2 = TIM_GetCapture2(TIM2);
CollectFlag_TIM2 = 0;
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
/*功能名称TIM5_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
描述 PWM输入初始化*/
void TIM5_PWMINPUT_INIT(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //TIM的初始化结构体
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; //中断配置
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure; //TIM4 PWM配置结构体
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //IO口配置结构体
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //Open TIM4 clock
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //open gpioB clock
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //GPIO 1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; //浮空输入上拉输入
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
/*配置中断优先级*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI;
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_div1;
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x3; //Filter:过滤
TIM_PWMIConfig(TIM5, &TIM5_ICInitStructure); //PWM输入配置
TIM_SelectInputTrigger(TIM5, TIM_TS_TI2FP2); //选择有效输入端
TIM_SelectSlaveMode(TIM5, TIM_SlaveMode_Reset); //配置为主从复位模式
TIM_SelectMasterSlaveMode(TIM5, TIM_MasterSlaveMode_Enable);//启动定时器的被动触发
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update, ENABLE); //中断配置
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);
}
void TIM5_IRQHandler(void)
{
{
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) ！= RESET)//捕获1发生捕获事件
{
duty_TIM5 = TIM_GetCapture1(TIM5); //采集占空比
if (TIM_GetCapture2(TIM5)>600) period_TIM5 = TIM_GetCapture2(TIM5);
CollectFlag_TIM5 = 0;
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}

复制代码

PID部分：
准备部分：先定义PID结构体：

typedef struct
{
int setpoint;//设定目标
int sum_error;//误差累计
float proportion ;//比例常数
float integral ;//积分常数
float derivative;//微分常数
int last_error;//e[-1]
int prev_error;//e[-2]
}PIDtypedef;

复制代码

这里注意一下成员的数据类型，依据实际需要来定的。
在文件中定义几个关键变量：

float Kp = 0.32 ; //比例常数
float Ti = 0.09 ; //积分时间常数
float Td = 0.0028 ; //微分时间常数
#define T 0.02 //采样周期
#define Ki Kp*(T/Ti) // Kp Ki Kd 三个主要参数
#define Kd Kp*(Td/T)

复制代码

C语言好像用#define 什么什么对程序不太好，各位帮忙写个优化办法看看呢? 用const?
PID.H里面主要的几个函数：

void PIDperiodinit(u16 arr,u16 psc); //PID 采样定时器设定
void incPIDinit(void); //初始化，参数清零清零
int incPIDcalc(PIDtypedef*PIDx,u16 nextpoint); //PID计算
void PID_setpoint(PIDtypedef*PIDx,u16 setvalue); //设定 PID预期值
void PID_set(float pp,float ii,float dd);//设定PID kp ki kd三个参数
void set_speed(float W1,float W2,float W3,float W4);//设定四个电机的目标转速

复制代码

PID处理过程：
岔开一下：这里我控制的是电机的转速w，实际上电机的反馈波形的频率f、电机转速w、控制信号PWM的占空比a三者是大致线性的正比的关系，这里强调这个的目的是
因为小编在前期一直搞不懂我控制的转速怎么和TIM4输出的PWM的占空比联系起来，后来想清楚里面的联系之后通过公式把各个系数算出来了。
正题：控制流程是这样的，首先我设定我需要的车速（对应四个轮子的转速），然后PID就是开始响应了，它先采样电机转速，得到偏差值E，带入PID计算公式，得到调整量也就是最终更改了PWM的占空比，不断调节，直到转速在稳态的一个小范围上下浮动。
上面讲到的“得到调整量”就是增量PID的公式：

int incPIDcalc(PIDtypedef *PIDx,u16 nextpoint)
{
int iError,iincpid;
iError=PIDx->setpoint-nextpoint; //当前误差
/*iincpid= //增量计算
PIDx->proportion*iError //e[k]项
-PIDx->integral*PIDx->last_error //e[k-1]
+PIDx->derivative*PIDx->prev_error;//e[k-2]
*/
iincpid= //增量计算
PIDx->proportion*(iError-PIDx->last_error)
+PIDx->integral*iError
+PIDx->derivative*(iError-2*PIDx->last_error+PIDx->prev_error);
PIDx->prev_error=PIDx->last_error; //存储误差，便于下次计算
PIDx->last_error=iError;
return(iincpid) ;
}

复制代码

注释掉的是第一种写法，没注释的是第二种以Kp KI kd为系数的写法，实际结果是一样的。
处理过程放在了TIM6，溢出周期时间就是是PID里面采样周期（区分于反馈信号的采样，反馈信号采样是1M的频率）
相关代码：

void TIM6_IRQHandler(void) // 采样时间到，中断处理函数
{
if (TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) ！= RESET)//更新中断
{
frequency1=1000000/period_TIM4 ; //通过捕获的波形的周期算出频率
frequency2=1000000/period_TIM1 ;
frequency3=1000000/period_TIM2 ;
frequency4=1000000/period_TIM5 ;
/********PID1处理**********/
PID1.sum_error+=(incPIDcalc(&PID1,frequency1)); //计算增量并累加
pwm1=PID1.sum_error*4.6875 ; //pwm1 代表将要输出PWM的占空比
frequency1=0; //清零
period_TIM4=0;
/********PID2处理**********/
PID2.sum_error+=(incPIDcalc(&PID2,frequency2)); //计算增量并累加 Y=Y+Y'
pwm2=PID2.sum_error*4.6875 ; //将要输出PWM的占空比
frequency2=0;
period_TIM1=0;
/********PID3处理**********/
PID3.sum_error+=(incPIDcalc(&PID3,frequency3)); //常规PID控制
pwm3=PID3.sum_error*4.6875 ; //将要输出PWM的占空比
frequency3=0;
period_TIM2=0;
/********PID4处理**********/
PID4.sum_error+=(incPIDcalc(&PID4,frequency4)); //计算增量并累加
pwm4=PID4.sum_error*4.6875 ; //将要输出PWM的占空比
frequency4=0;
period_TIM5=0;
}
TIM_SetCompare(pwm1,pwm2,pwm3,pwm4); //重新设定PWM值
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}

复制代码

上面几个代码是PID实现的关键部分
整定过程：
办法有不少，这里用的是先KP，再TI，再TD，在微调。其他的办法特别是有个尼古拉斯法我发现不适合我这个控制对象。
先Kp，就是消除积分和微分部分的影响，这里我纠结过到底是让Ti 等于一个很大的值让Ki=Kp*(T/Ti)里面的KI接近零，还是直接定义KI=0，TI=0.
然后发现前者没法找到KP使系统震荡的临界值，第二个办法可以得到预期的效果：即KP大了会产生震荡，小了会让系统稳定下来，当然这个时候是有稳态误差的。
随后把积分部分加进去，KI=Kp*(T/Ti)这个公式用起来，并且不断调节TI 。TI太大系统稳定时间比较长。
然后加上Kd =Kp*(Td/T)，对于系统响应比较滞后的情况效果好像好一些，我这里的电机反映挺快的，所以Td值很小。
最后就是几个参数调节一下，让波形好看一点。这里的波形实际反映的是采集回来的转速值，用STM32的DAC功能输出和转速对应的电压，用示波器采集的。

关于定时器的一些设置做在了main函数里面，上面没给出，现在贴出来！
float  Kp =    0.32  ; //比例常数
float  Ti =             0.09 ; //积分常数
float Td =             0.015 ;  //微分常数
#define T                0.02 //采样周期
//#define Ka       Kp*(1+(T/Ti)+(Td/T)) //另一种公式的三个参数
//#define Kb    (Kp)*(1+(2*Td/T))
//#define Kc             Kp*Td/T
#define Ki    Kp*(T/Ti)       // Kp Ki Kd 三个主要参数
#define Kd             Kp*(Td/T)

u8 start_flag=0;
u16 pwm1=0,pwm2=0,pwm3=0,pwm4=0;  //PWM 波形占空量占空比=PWMx/7200
u8 flag_lcd=0;//液晶屏幕更新标志
u8 flag_bluetooth =0;//蓝牙验证状态    1：已发出验证信息  0：未发出验证信息
u8 status_bluetooth=0;//蓝牙连接状态位 1：已连接                      0：未连接
int main(void)
{
      u8 len ,t;
      SystemInit();
      delay_init(72);                            //延时初始化
      NVIC_Configuration();       //中断配置  中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
      init_LCD_IO() ;                                  //初始化LCD控制引脚 PG4 5
      uart_init(9600);                               //串口初始化
lcd_init();                                        //LCD显示
LED_GPIO_Config();          // led 初始化

MOTOR_INIT();
         Dac1_Init();                               //DAC初始化
         incPIDinit();                //PID初始化置零
fuzzy_init()  ;
KEY_Init();
      EXTIX_Init();                      //外部中断初始化

      TIM3_PWM_Init(7200-1,1-1);          //参数1*参数2/(72e6)=1/f f:需要的电机频率
      //PWM输出  频率：1KHZ  pwm周期：1000us       参数： 1000-1 72-1       定时器频率 1M  特点；电机频率太低，电机噪音，精度Vmax/1000
      //PWM输出  频率：10KHZ  pwm周期：100us       参数： 100-1 72-1       定时器频率 1M  特点；频率合适，控制精度太低
      //PWM输出  频率：10KHZ  周期：7200       参数： 1000-1 72-1
      TIM4_PWMINPUT_INIT(0xffff,72-1); //pwm输入初始化以1M的频率捕捉
      TIM1_PWMINPUT_INIT(0xffff,72-1); //pwm输入初始化以1M的频率捕捉
      TIM2_PWMINPUT_INIT(0xffff,72-1); //pwm输入初始化以1M的频率捕捉
      TIM5_PWMINPUT_INIT(0xffff,72-1); //pwm输入初始化以1M的频率捕捉
MOTOR_OUT(1,0,1,0,1,0,1,0);//转速全为正，速度都是0
      PID_set(Kp,Ki,Kd);                      //初始化 PID参数
printf("Kp=%f\r\n",Kp);          //输出参数：便于调试观察
printf("Ki=%f\r\n",Ki);
printf("Kd=%f\r\n",Kd);
// PID_setpoint(&PID1,500); //开机就设定轮子转动，便于调试，可注释掉
//       PID_setpoint(&PID2,200);
//       PID_setpoint(&PID3,500);
//       PID_setpoint(&PID4,300);
      PIDperiodinit(40,36000-1);
               //设定PID采样周期 T=20ms       72000 000/36 000 = 2 KHz       和 T 对应
//set_speed(3,3,3,3);
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx 开启PID处理

while(1)
{
// printf("Kp=%f\r\n",PID3.proportion2);          //输出参数：便于调试观察
         if(USART_RX_STA&0x8000)       //如果完成一次接收
            {
               TIM_Cmd(TIM6, DISABLE);  //       关闭PID运算
               stop(); //PID相关参数清零，并且小车停止运动
                     len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度,本控制系统应该len==15  或者 2
                     printf("MCU_GET:");
                     for(t=0;t<len;t++) //返回所以数值
                     {
                              USART_SendData(USART1, USART_RX_BUF[t]);//向串口1发送数据
                              while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)！=SET);//等待发送结束
                     }
                     printf("\r\n");//插入换行
                     if(len==15)       //长度15的是速度控制报文
               {                LED1=0;// LIGHT ON
            //报文格式：x+正负号+x速度+y+正负号+y速度+w+正负号+w速度
         //例如    ：x+123y+000w+000，表示只有x方向速度的，其余均为零的
                     table1[3]=USART_RX_BUF[1];table1[4]=USART_RX_BUF[2]; table1[5]=USART_RX_BUF[3];table1[6]=USART_RX_BUF[4];       //更新到LCD
                     table2[3]=USART_RX_BUF[6];table2[4]=USART_RX_BUF[7]; table2[5]=USART_RX_BUF[8];table2[6]=USART_RX_BUF[9];
                     table3[3]=USART_RX_BUF[11];table3[4]=USART_RX_BUF[12]; table3[5]=USART_RX_BUF[13];table3[6]=USART_RX_BUF[14];
                     lcd_init();                                        //LCD显示
                     X=(USART_RX_BUF[2]-0x30)*100+(USART_RX_BUF[3]-0x30)*10+(USART_RX_BUF[4]-0x30) ;       //得到Vx
                     if(USART_RX_BUF[1]=='-')X=-X; //加上正负号

                     Y=(USART_RX_BUF[7]-0x30)*100+(USART_RX_BUF[8]-0x30)*10+(USART_RX_BUF[9]-0x30) ;       //得到Xy
                  if(USART_RX_BUF[6]=='-')Y=-Y;

                     W=(USART_RX_BUF[12]-0x30)*100+(USART_RX_BUF[13]-0x30)*10+(USART_RX_BUF[14]-0x30) ; //得到w
                     W=W/100.0;       //实际的W值缩小100倍
                  if(USART_RX_BUF[11]=='-')W=-W;

                     printf("X=%d\r\n",X);  //参数反馈，便于调试
                     printf("Y=%d\r\n",Y);
                     printf("W=%f\r\n",W);
                     kinematics(X,Y,W,&W1,&W2,&W3,&W4); //运动学方程计算，得到四个轮子的转速
                     printf("W1=%f\r\n",W1);
                     printf("W2=%f\r\n",W2);
                     printf("W3=%f\r\n",W3);
                     printf("W4=%f\r\n",W4);
            //       LED0=！LED0;                //LED翻转
         set_speed(W1,W2,W3,W4);  //设定轮子转速，实际是更新了PID目标值
                        TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);  //使能TIMx 开启PID
                              LED1=1;// LIGHT Off
               }
               if(len==2)
               {
               if ((USART_RX_BUF[0]=='B') && (USART_RX_BUF[1]=='L') && (flag_bluetooth==1))
                              {  status_bluetooth=1 ;
                                 flag_bluetooth=0;
                                 printf("blue_OK\r\n");
                              }
               }
         USART_RX_STA=0;       //数据处理完毕，清除状态寄存器，准备下组数据接收
         len=0;
}
}
}

（1）这种调速方法，有没有经过脉冲负载加载到电机上，看看速度调整的响应时间，还能和你示波器输出的波形差不多?

示波器显示的是反馈信号的频率f 对应的DAC电压，想不出别的办法来看响应曲线了。也用示波器观看电机过的输入电压值，发现看不出什么东西..

（2）pwm3=PID3.sum_error*4.6875 ; //将要输出PWM的占空比，他的pid输出与pwm是怎么对应的?

电机反馈信号的频率f 和电机是成正比的，也就是说，我如果需要电机转速 w=2pi rad/s的话，我对应的捕获频率是电机在这个转速时光电编码器反馈波形的频率大小。所以我PID计算的其实是以这个频率为标准的调整量，PID的设定值也是频率，增量计算的也是频率，当然你用转速 w 和PWM占空比 a 做PID的计算也是可行的，只要找到转速=（系数1）*频率=（系数2）*占空比这个关系里面的系数就行。
我来说说这个4.6875怎么来的吧，这里我把占空比看成“占空量”（占空比：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。），如果PWM周期是1000份，高电平是300份，那我的占空量就是300，在STM32里面这个占空量是可以直接作为参数设定给定时器的，用的函数就是setcompare（），你自己查一下历程看看。
好，我的电机的最大转速是2rps，也就是一秒2圈，我的编码器这个时候的反馈频率应该是1536（查看编码器的参数），这个时候占空比需要100%，也就是1000的占空量。电机不转呢，反馈频率就是0，占空量就是0。
简单的就是占空量对应0频率，1000占空量对应1536频率。得到占空量=0.651*频率。
那我程序是4.6875呢?我继续说！
例程里面关于PWM波形输出的TIM3的初始化是：TIM3_PWM_Init(1000-1,72-1);
这样就是72分频，定时器频率变成1M，对应成1 us计算很方便。1000是指PWM波形的周期是1000，这里正好是1000us（注意：这里1000这个参数越大，说明占空比的分辨率越高，但是在定时器频率不变的前提下，pwm周期越大，输出PWM的频率就越小）。但是这样的参数下，PWM的频率只有1K，电机产出明显的噪音，经过调试，电机在10K的频率下控制的效果比较好。也就是说我要凑个10Kpwm输出，但是pwm周期不能太小，咱要保证控制精度啊。
所以通过计算：TIM3_PWM_Init(7200-1,1-1);//定时器72M运行，周期7200份，电机频率正好是10K
好了这里的7200放到之前的计算中，系数就是4.6875了。

（3）大哥，看了你的帖子收益很多啊，我现在对pid的理解写给你看看，不知道对不对啊，假设我2v的电压---对应1000的占空量也就是100%，3v电压对应------0的占空量也就是0%，2v和3v是我的最大和最小温度时对应的电压，采集到的温度的电压与占空比成反比，那我根据你的方法计算，占空量=1000/(3-2)*Vpid,我的设定值也是以电压为单位的，假设设定的温度对应的电压值为2.5v，采集到的电压为2.3v，那么把2.5v和2.3v带入pid计算也就是Vpid=pid（2.5，2.3）；那么最终的pwm值=(1000/(3-2))*pid（2.5，2.3）?

“2v的电压---对应1000的占空量也就是100%，3v电压对应------0的占空量也就是0%，2v和3v是我的最大和最小温度时对应的电压”光是这句话，你下面的式子就貌似有问题了。电压以mV为单位，1000对应2000mV，0对应3000mV，那么占空量a和电压u的关系就是：3000-u=a。个人认为，我这个思路对于线性系统或者近似线性系统应该问题不大，传统PID对于线性系统是比较适用的，你这里一定要把握好各个物理量之间的变换关系。

（4）大哥，电压以mV为单位，1000对应2000mV，0对应3000mV，那么占空量a和电压u的关系就是：3000-u=a；你这里的3000是3000mv吗?u是pid运算后得到的电压吗?你是把电压放大了1000倍吗?还有就是如果我的周期的份量是500，那么100%的时候占空量是500，那么他们的对应关系应该是500对应1000mv，0对应1500mv吗?也就是把500对应2v，0对应3v时的电压放大了500倍是吗?

和PID处理无关，U就是你的电压啊，a就是占空量

（5）不知小编的电机加速过程中有加速算法没有，我一直弄不明白加速算法怎么和PID控制结合起来?
我想做步进电机位置环和速度环，加速算法想用梯形加速或者S形加速。

加速算法是不是目的是让小车走出设定的轨迹啊?
我样机做出来了，可能会写个矩形的运动轨迹，看看回程误差。X Y方向不停测距差不多能实现。

（6）我想问一下啊 pwm输出时钟是72M,周期是7200，pwm捕捉又用的是1M时钟，那捕捉到的占空量为什么会是一样的啊?

捕获的频率1M能保证捕获到的信号的周期是正负1us
输出PWM的定时器72M的频率。而PWM的周期是7200“份”，算一下PWM的频率是10K。
捕获到的是确确实实的高电平时间，能直接用读取寄存器读出来。和我输出的时候设置的占空比或“占高量”没有直接地联系。

（7）小编你好，
void PID_setpoint(PIDtypedef*PIDx,u16 setvalue); //设定 PID预期值
void set_speed(float W1,float W2,float W3,float W4);//设定四个电机的目标转速
预期值难道不是目标转速吗?

简单回答，预期值就是目标值，就是目标转速（单位不一定是r/s）

void PID_setpoint(PIDtypedef*PIDx,u16 setvalue)
{
  PIDx->setpoint=setvalue;
}
//确实是设定的预期转速，而且根据实际参数，执行一次的话就是改变了一个PID单元的设定值，即setpoint

void set_speed(float W1,float W2,float W3,float W4)
      {
                     float temp;
  if(W1>0)                //判断W 正负，正数处理
      {
               motor1_out0=0;
               motor1_out1=1;
               temp=W1*122.23;
               PID_setpoint(&PID1,temp);
      }
      else if(W1==0)                      //零值
      {
               motor1_out0=0;
               motor1_out1=0;

               PID_setpoint(&PID1,0);
      }
      else                                  //负数处理
      {
               motor1_out0=1;
            motor1_out1=0;
            temp=-W1*122.23;
            PID_setpoint(&PID1,temp);
            }
  if(W2>0)
      {
               motor2_out0=0;
               motor2_out1=1;
               temp=W2*122.23;
               PID_setpoint(&PID2,temp);
      }
      else if(W2==0)
      {
               motor2_out0=0;
               motor2_out1=0;

               PID_setpoint(&PID2,0);
      }
      else
      {
               motor2_out0=1;
            motor2_out1=0;
            temp=-W2*122.23;
            PID_setpoint(&PID2,temp);
            }
if(W3>0)
      {
               motor3_out0=0;
               motor3_out1=1;
               temp=W3*122.23;
               PID_setpoint(&PID3,temp);
      }
      else if(W3==0)
      {
               motor3_out0=0;
               motor3_out1=0;

               PID_setpoint(&PID3,0);
      }
      else
      {
               motor3_out0=1;
            motor3_out1=0;
            temp=-W3*122.23;
            PID_setpoint(&PID3,temp);
            }
  if(W4>0)
      {
               motor4_out0=0;
               motor4_out1=1;
               temp=W4*122.23;
               PID_setpoint(&PID4,temp);
      }
      else if(W4==0)
      {
               motor4_out0=0;
               motor4_out1=0;

               PID_setpoint(&PID4,0);
      }
      else
      {
               motor4_out0=1;
            motor4_out1=0;
            temp=-W4*122.23;
            PID_setpoint(&PID4,temp);
            }
}
//这个函数你应该能看出，之前的PID_setpoint（）已经包含在里面了。这个函数的功能是设定四个轮子的预期转速，但是转速w有正负，而我这边都是以大小来算的,电机转向就交给L298的两个方向控制线了。故需要判断正负。

（8）低惯量伺服电机空载2ms从0-3000转/分钟 ,不知道PID周期是多少?

这个采样周期我也没去研究具体去多少比较好，惯量小的话应该取采样周期短一些为好。你可以取几个T 放进去看看效果

（9）小编，请教2个个问题，你这里头定义了KP，Ti, Td, Ki, Kd,其中Ki,Kd是由Ti/Td/Kp计算得来的，而最开始KP/Ti/Td是手动整定得到的，那么为什么不直接整定KP/KI/Kd呢?
第二个问题是你定义的控制周期就是#define T 中的T吗?，他和转速采集周期，PWM周期，需要满足什么关系?
谢谢！

第一个问题，整定参数的话，你调整Td Ti 跟你直接调整Kd Ki 没什么大的差别，后者是前者变换来的。我用的是试凑法，先比例后积分再微分
第二个问题，T是采样周期=采集转速的周期，和PWM信号没什么大的联系。PWM周期是电机决定的，比如我用1K的周期也行，但是噪音和振动方面不太好。

嗯，理解了，我想最理想的PMW周期应该是最后使转速或者温度维持到目标值得时候，占空比维持不变。而最理想的PID控制周期应该是接近PWM周期。

/**********PID参数初始化**********/
void PID_Init(void)
{
      sptr->LastError       = 0;
      sptr->PrevError       = 0;
      sptr->SumError  = 0;

      sptr->kp             = 3.5;
      sptr->ki             = 0.15;
      sptr->kd             = 0;
      sptr->SetValue       = 0.10;
}

setcpmpare()是stm32的库函数啊，你学习一下用定时器输出PWM的那个知识点就行了。
简单的说setcpmpare(a)，a就是PWM信号周期中高电平的量，假如pwm周期用的参数是1000,72分频，那么1000代表的就是1000us了，即pwm周期是1000us，好的。下面我setcpmpare(500)，那么就会输出正好50%占空比的波形了。

我也在注意这个，上位机要绘图的话数据还是从下位机来的。本来我想尝试用matlab的串口接受stm32的数据的，发现matlab这块没学好。后来就用示波器的滚动模式显示实时的波形进行观察的。如果要绘图写文章的话，可以把示波器的数据放进u盘，里面会生出excel表格，然后把数据做成数组用plot（）函数绘图就行了。
总结来说，前期调试和查看波形都是示波器实时看的。

库函数?我在3.5版本的库函数索引里面里没有找到setcpmpare()这函数...不过Lz你解释后我懂了setcpmpare（）的意思了。就是设定占空比的吧

if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) ！= RESET)//捕获1发生捕获事件
                     {
                              duty_TIM2 = TIM_GetCapture1(TIM2);       //采集占空比
                        if  (TIM_GetCapture2(TIM2)>600)       period_TIM2       =       TIM_GetCapture2(TIM2);
                              CollectFlag_TIM2 = 0;
                     }
小编，后来我看代码，有一点疑惑。  period_TIM2 =  TIM_GetCapture2(TIM2); 这条语句中，既然是捕获TIM2 输出的PWM周期，为什么不是用TIM_GetCaputer1() 这个函数，而是用TIM_GetCapture2().....我在库函数的文档中找到，TIM_GetCaputer1() 返回的是 TIMx_CCR1 的值；TIM_GetCapture2() 返回的是 TIMx_CCR2 的值。然后在PWM输入中，PWM周期的数值不是储存在TIMx_CCR1，PWM高电平的值储存在TIMx_CCR2 中吗?

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