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直流电机速度环PID闭环控制

更新时间：2022-06-01 20:32:12 大小：24M 上传用户：18270334565 查看TA发布的资源 标签：直流电机 pid控制 下载积分：2分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

开环控制在这个过程中，我们通过人为的调整占空比大小使得电机拥有不同的转速。这样的过程我们称之为开环控制，这么讲你们可能会难以理解开环控制的概念，我们先来思考这样一个问题：假设说我们给定了20%的占空比用以调整电机的转速，经过测量发现在20%占空比时电机的转速大小为50转每分钟（RPM）。这时如果想要电机工作在70转每分钟，我们应该怎么做？直觉告诉我们，想要有更快的电机转速，就应该设置更高的占空比，但高多少才能够获得目标转速70RPM却成了一个难题。这里我们可以计算1%的占空比能获得的转速，再根据目标转速反推出需要设置的占空比，但因为电压死区的存在，这样做难以获得准确的结果。所以我们想到老方法：一个一个试，不断地调整占空比、测转速，慢了就增加占空比，快了就减小占空比。闭环控制给定占空比 -> 测转速 -> 比较实际转速和目标转速 -> 重新调整占空比，这样的过程其实就是一个闭环控制，我们发现这个过程形成了一个回环：每次调整的占空比大小都是基于上一次结果得到的。相比开环控制，闭环控制多了信息反馈环节（测电机转速），我们根据反馈信息再做出进一步调整，接着获得调整后的反馈信息，再基于更新过的反馈信息进行新一轮的调控。 PID算法现在我们已经知道了实现闭环控制的方法，但显然人为的去测转速、改占空比的操作太花费时间和精力了，有没有什么办法让MCU自己实现闭环控制呢？答案是有的，它就是我们接下来要介绍的PID算法。认识符号在讲解PID算法之前，我们先来认识几个符号： error：误差，目标值与实际值的差值，有正有负 target：目标值，我们设定的目标转速（以转速闭环为例） actual：实际值，我们测量得到的实际转速（以转速闭环为例）我们规定误差的计算公式如下： error = target - actual （即误差 = 目标值 - 实际值，这么规定的目的是统一正负号）增量式PID计算公式认识完以上几个符号之后，我们就可以开始学习PID算法了，这里我们给出增量式PID算法的计算公式增量式PID的离散化公式如下： u(k) = Kp(e(k) - e(k-1)) + Ki(e(k)) + Kd(e(k) - 2e(ek-1) + e(k-2)) 这么一长串公式让人看着有点慌张，我们试着把公式分为几个小块： P = Kp(e(k) - e(k-1)) #比例项 I = Ki(e(k)) #积分项 D = Kd(e(k) - 2e(ek-1) + e(k-2)) #微分项把它们加起来就是原来的公式了： u(k) = P + I + D 公式看着简单多了，我们再试着深入挖掘下每个小块的内容： Kp、Ki、Kd：这三个变量是PID的调节系数，由我们指定，用以调节PID的性能 e(k)、e(k-1)、e(k-2)：指的都是误差error k、k-1、k-2：表示不同的时刻。与误差error配合用以表示这个时刻的误差、上个时刻的误差以及上上个时刻的误差 u(k)：PID算法的计算结果，即控制量。在电机速度闭环中可以是给定的占空比把上面的内容代回到PID计算公式中，我们就得到PID的计算方法啦，可以发现PID算法中需要通过计算获取的变量只有一个：误差，其他剩下的就只有我们给定的系数了

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