PID控制电机转速

news/2024/8/26 17:33:02

转一个PID控制电机的小程序， 被PID困扰好多天了， 知道它的原理但是一直不明白如何将它运用到电机调速中间去， 看了这个程序之后感觉茅塞顿开。原来也并不难^-^

转载地址：呃，刚刚不小心把网页关掉了(大写的尴尬)。。。。


#include<reg52.h>
#include<stdio.h>
#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int
#define THC0 0xf8
#define TLC0 0xcc   //2ms
unsigned char code Duan[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//共阴极数码管，0-9段码表
unsigned char Data_Buffer[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
unsigned char Data[4]={0,0,0,0};
unsigned char Arry[4]={0,0,0,0};
bit flag1=0;
bit flag0=0;
uchar i=0;
sbit AddSpeed=P1^1;
sbit SubSpeed=P1^2;
sbit PWM_FC=P1^0;
int e=0,e1=0,e2=0;			//pid 偏差
float uk=0,uk1=0.0,duk=0.0;	//pid输出值
float Kp=5,Ki=1.5,Kd=0.9;	//pid控制系数	
//float Kp=10;
int out=0;
uint SpeedSet=1000;
uint cnt=0;
uint Inpluse=0,num=0;		//脉冲计数
uint PWMTime=0;				//脉冲宽度
unsigned char arry[];
void SendString(uint ch);
void PIDControl();
void SystemInit();
void delay(uchar x);
void PWMOUT();
void SetSpeed();
void SegRefre();
/**************主函数************/
void main()
{
	SystemInit();//系统初始化
	while(1)
	{
		SetSpeed();//设置速度
		SegRefre();//更新数码管显示
		PWMOUT();  //PWM输出
		if(flag0==1)
		{
			flag0=0;
			ES=0;//关串口中断，避免TI引起串口中断
			TI=1;//printf前TI置1
			printf("%f",(float)(num>>8));//脉冲计数
			printf("%f",(float)num);	 //脉冲计数
			while(!TI);
			TI=0;	   //TI软件清除
			ES=1;	   //允许串口中断
		}
	}
}


//PID偏差控制计算
void PIDControl()        //pid偏差计算
{
	e=SpeedSet-num;//设置速度-实际速度，两者的差值 
	//对应于增量式PID的公式Δuk=uk-u（k-1）
//	duk=(Kp*(e-e1))/100;//只调节P
	duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e)/100;//只调节PI
//	duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e+Kd*(e-2*e1+e2))/100;//调节PID
	uk=uk1+duk;//uk=u(k-1)+Δuk
	out=(int)uk;//取整后输出
	if(out>250)	//设置最大限制
		out=250;
	else if(out<0)//设置最小限制
		out=0;
	uk1=uk;		  //为下一次增量做准备
	e2=e1;
	e1=e;
	PWMTime=out;  //out对应于PWM高电平的时间
}


//较短的延时。注意delay的值不要超过255
void delay(uchar x)
{
	uchar i,j;
	for(i=x;i>0;i--)
		for(j=50;j>0;j--);//接近500us
}


//PWM输出
void PWMOUT()
{
	if(cnt<PWMTime)//若小于PWM的设定时间，则输出高电平
		PWM_FC=1;
	else		   //否则输出低电平
		PWM_FC=0;
	if(cnt>250)    //超过限制清零
		cnt=0;
}


//系统初始化
void SystemInit()
{
	TMOD=0X21;    //T1用于串口的波特率发生器 T0用于定时
	TH0=THC0;	  //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，事先算好装入THC0中
	TL0=TLC0;	  //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，实现算好装入TLCO中
	ET0=1;		  //允许定时器0中断
	TR0=1;		  //启动定时器0
	EX0=1;		  //允许外部中断
	IT0=1;		  //中断方式设置为下降沿
	//用于串口调试时用
	PCON=0x00;	 //SMOD不加倍
	SCON=0x50;	 //串口工作方式1，允许接收
	TH1=0xfd;	 //波特率9600
	TL1=0xfd;	 //波特率9600
	TR1=1;		 //启动定时器1
	ES=1;		 //开串口中断
	EA=1;		 //开总中断
	e =0;		 //PID的差值初值均为0
	e1=0;		 
	e2=0;
}


//设置转速
void SetSpeed()
{
	if(AddSpeed==0)//按键
	{
		delay(200);//消抖
		if(AddSpeed==0)//再次判断按键
		{
			SpeedSet+=100;//速度增加
			if(SpeedSet>9999)//超限
				SpeedSet=9999;//设置为最大9999
		}
	}
	if(SubSpeed==0)//按键
	{
		delay(200);//消抖
		if(SubSpeed==0)//按键
		{
			SpeedSet-=100;//速度减
			if(SpeedSet<0)//低于速度的最小值 
				SpeedSet=0;//速度置零
		}
	}
}


//数码管显示更新
void SegRefre()		  //显示刷新
{
	Data_Buffer[0]=SpeedSet/1000;
	Data_Buffer[1]=SpeedSet%1000/100;
	Data_Buffer[2]=SpeedSet%100/10;
	Data_Buffer[3]=SpeedSet%10;
	Data_Buffer[4]=num/1000;
	Data_Buffer[5]=num%1000/100;
	Data_Buffer[6]=num%100/10;
	Data_Buffer[7]=num%10;
}


//外部中断，统计脉冲数目，实际上是统计电机的转速
//在实际中，电机没有一根线引出来可以表示他的转速，只能通过传感器如霍尔传感器的方式测量转速
//脉冲一次下降沿对应于一次自增
void int0() interrupt 0
{
	Inpluse++;
}


//定时器T0操作
void t0() interrupt 1
{
	static unsigned char Bit=0;//静态变量，退出程序值保留
	static unsigned int time=0;
	static unsigned int aa=0;
	TH0=THC0;//重新赋初值
	TL0=TLC0;
	aa++;
	if(aa==50)//每100ms
	{
		aa=0;
		flag0=1;
	}
	cnt++;	//pid 周期
	Bit++;
	time++;  //转速测量周期
	if(Bit>8) Bit=0;//数码管总共只有8位，超过8位则在程序上进行清零
	//数码管显示部分
	P0=0xff;
	P2=Duan[Data_Buffer[Bit]];
	switch(Bit)
	{
		case 0:P0=0X7F;break;
		case 1:P0=0XBF;break;
		case 2:P0=0XDF;break;
		case 3:P0=0XEF;break;
		case 4:P0=0XF7;break;
		case 5:P0=0XFB;break;
		case 6:P0=0XFD;break;
		case 7:P0=0XFE;break;
	}
	//数码管显示部分
	if(time>500)//每1s处理一次脉冲
	{
		time=0;
		num=Inpluse*15;//实际转速，*15是由电机决定的，电机的一个脉冲对应着电机转过了15转
		Inpluse=0;	   //清零，为下一次计数做准备
		PIDControl();  //调用PID控制程序
	}
}


//串口中断，用于对串口的数据进行处理
void u_int(void) interrupt 4
{
	ES=0;//关串口中断，避免在数据处理的过程中造成影响
	if(RI)//若有RI==1，由RI产生中断
	{
		RI=0;//RI标志位必须通过软件进行清零
		arry[i]=SBUF;//将字符赋到arry中
		i++;		 //下一个数
		if(i>3)		 //接收完了指令，进行数据处理，一共有arry[0],arry[1],arry[2],arry[3]四个数据
		{
			flag1=1;//将标志置1
			i=0;	//i清零，重新计数
		}
		if(flag1)	//若flag1==1
		{
			flag1=0;//flag1清零
			SpeedSet=(arry[0]-'0')+(arry[1]-'0')*10+(arry[2]-'0')*100+(arry[3]-'0')*1000;//获得的速度值
			//由于串口发送的是字符，所以要减去'0'
		}
	}
	else//对应的由TI产生中断
		TI=0;//TI由软件进行清零	
	ES=1;//处理完后再开中断
}


#include<reg52.h>
#include<stdio.h>
#define uchar unsigned char 
#define uint unsigned int
#define THC0 0xf8
#define TLC0 0xcc   //2ms
unsigned char code Duan[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//共阴极数码管，0-9段码表
unsigned char Data_Buffer[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
unsigned char Data[4]={0,0,0,0};
unsigned char Arry[4]={0,0,0,0};
bit flag1=0;
bit flag0=0;
uchar i=0;
sbit AddSpeed=P1^1;
sbit SubSpeed=P1^2;
sbit PWM_FC=P1^0;
int e=0,e1=0,e2=0; //pid 偏差
float uk=0,uk1=0.0,duk=0.0; //pid输出值
float Kp=5,Ki=1.5,Kd=0.9; //pid控制系数
//float Kp=10;
int out=0;
uint SpeedSet=1000;
uint cnt=0;
uint Inpluse=0,num=0; //脉冲计数
uint PWMTime=0; //脉冲宽度
unsigned char arry[];
void SendString(uint ch);
void PIDControl();
void SystemInit();
void delay(uchar x);
void PWMOUT();
void SetSpeed();
void SegRefre();
/**************主函数************/
void main()
{
SystemInit();//系统初始化
while(1)
{
SetSpeed();//设置速度
SegRefre();//更新数码管显示
PWMOUT();  //PWM输出
if(flag0==1)
{
flag0=0;
ES=0;//关串口中断，避免TI引起串口中断
TI=1;//printf前TI置1
printf("%f",(float)(num>>8));//脉冲计数
printf("%f",(float)num); //脉冲计数
while(!TI);
TI=0;    //TI软件清除
ES=1;    //允许串口中断
}
}
}


//PID偏差控制计算
void PIDControl()        //pid偏差计算
{
e=SpeedSet-num;//设置速度-实际速度，两者的差值 
//对应于增量式PID的公式Δuk=uk-u（k-1）
// duk=(Kp*(e-e1))/100;//只调节P
duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e)/100;//只调节PI
// duk=(Kp*(e-e1)+Ki*e+Kd*(e-2*e1+e2))/100;//调节PID
uk=uk1+duk;//uk=u(k-1)+Δuk
out=(int)uk;//取整后输出
if(out>250) //设置最大限制
out=250;
else if(out<0)//设置最小限制
out=0;
uk1=uk;   //为下一次增量做准备
e2=e1;
e1=e;
PWMTime=out;  //out对应于PWM高电平的时间
}


//较短的延时。注意delay的值不要超过255
void delay(uchar x)
{
uchar i,j;
for(i=x;i>0;i--)
for(j=50;j>0;j--);//接近500us
}


//PWM输出
void PWMOUT()
{
if(cnt<PWMTime)//若小于PWM的设定时间，则输出高电平
PWM_FC=1;
else    //否则输出低电平
PWM_FC=0;
if(cnt>250)    //超过限制清零
cnt=0;
}


//系统初始化
void SystemInit()
{
TMOD=0X21;    //T1用于串口的波特率发生器 T0用于定时
TH0=THC0;   //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，事先算好装入THC0中
TL0=TLC0;   //2ms定时，晶振频率是11.0592MHz，实现算好装入TLCO中
ET0=1;   //允许定时器0中断
TR0=1;   //启动定时器0
EX0=1;   //允许外部中断
IT0=1;   //中断方式设置为下降沿
//用于串口调试时用
PCON=0x00; //SMOD不加倍
SCON=0x50; //串口工作方式1，允许接收
TH1=0xfd; //波特率9600
TL1=0xfd; //波特率9600
TR1=1; //启动定时器1
ES=1; //开串口中断
EA=1; //开总中断
e =0; //PID的差值初值均为0
e1=0;  
e2=0;
}


//设置转速
void SetSpeed()
{
if(AddSpeed==0)//按键
{
delay(200);//消抖
if(AddSpeed==0)//再次判断按键
{
SpeedSet+=100;//速度增加
if(SpeedSet>9999)//超限
SpeedSet=9999;//设置为最大9999
}
}
if(SubSpeed==0)//按键
{
delay(200);//消抖
if(SubSpeed==0)//按键
{
SpeedSet-=100;//速度减
if(SpeedSet<0)//低于速度的最小值 
SpeedSet=0;//速度置零
}
}
}


//数码管显示更新
void SegRefre()   //显示刷新
{
Data_Buffer[0]=SpeedSet/1000;
Data_Buffer[1]=SpeedSet%1000/100;
Data_Buffer[2]=SpeedSet%100/10;
Data_Buffer[3]=SpeedSet%10;
Data_Buffer[4]=num/1000;
Data_Buffer[5]=num%1000/100;
Data_Buffer[6]=num%100/10;
Data_Buffer[7]=num%10;
}


//外部中断，统计脉冲数目，实际上是统计电机的转速
//在实际中，电机没有一根线引出来可以表示他的转速，只能通过传感器如霍尔传感器的方式测量转速
//脉冲一次下降沿对应于一次自增
void int0() interrupt 0
{
Inpluse++;
}


//定时器T0操作
void t0() interrupt 1
{
static unsigned char Bit=0;//静态变量，退出程序值保留
static unsigned int time=0;
static unsigned int aa=0;
TH0=THC0;//重新赋初值
TL0=TLC0;
aa++;
if(aa==50)//每100ms
{
aa=0;
flag0=1;
}
cnt++; //pid 周期
Bit++;
time++;  //转速测量周期
if(Bit>8) Bit=0;//数码管总共只有8位，超过8位则在程序上进行清零
//数码管显示部分
P0=0xff;
P2=Duan[Data_Buffer[Bit]];
switch(Bit)
{
case 0:P0=0X7F;break;
case 1:P0=0XBF;break;
case 2:P0=0XDF;break;
case 3:P0=0XEF;break;
case 4:P0=0XF7;break;
case 5:P0=0XFB;break;
case 6:P0=0XFD;break;
case 7:P0=0XFE;break;
}
//数码管显示部分
if(time>500)//每1s处理一次脉冲
{
time=0;
num=Inpluse*15;//实际转速，*15是由电机决定的，电机的一个脉冲对应着电机转过了15转
Inpluse=0;    //清零，为下一次计数做准备
PIDControl();  //调用PID控制程序
}
}


//串口中断，用于对串口的数据进行处理
void u_int(void) interrupt 4
{
ES=0;//关串口中断，避免在数据处理的过程中造成影响
if(RI)//若有RI==1，由RI产生中断
{
RI=0;//RI标志位必须通过软件进行清零
arry[i]=SBUF;//将字符赋到arry中
i++; //下一个数
if(i>3) //接收完了指令，进行数据处理，一共有arry[0],arry[1],arry[2],arry[3]四个数据
{
flag1=1;//将标志置1
i=0; //i清零，重新计数
}
if(flag1) //若flag1==1
{
flag1=0;//flag1清零
SpeedSet=(arry[0]-'0')+(arry[1]-'0')*10+(arry[2]-'0')*100+(arry[3]-'0')*1000;//获得的速度值
//由于串口发送的是字符，所以要减去'0'
}
}
else//对应的由TI产生中断
TI=0;//TI由软件进行清零
ES=1;//处理完后再开中断
}




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