STM32闭环控制直流电机和LCD界面方案

1. 项目功能介绍

最近写了一个STM32项目，里面很多有用的功能，所以把它开源了，点击观看演示视频

通过网盘分享的文件：我发布的开源代码
链接: https://pan.baidu.com/s/1fcRFMMbF-y5lJBO6UsUvPg?pwd=jjxx 提取码: jjxx

我开源的资源都在这个里面，使用的时候记得删掉中文路径，不然cube会歇菜。
实拍图：

包含以下功能：

（1）直流电机闭环控制：一个定时器读取正交编码器，一个定时器输出两路PWM给DRV8870DDRAR芯片，用两路PWM的占空比驱动电机正反转和调速。软件实现了读取电机位置、电机速度卡尔曼滤波、PID速度环、位置环，可以控制电机到达指定位置或速度。
（2）遥控器和LCD界面交互：用微雪电子的1.8寸SPI屏幕和红外接收器，实现用户交互。屏幕界面如下：

左上角显示页码，页码右边一排显示布尔量，用不同的背景颜色表示变量值，下面是变量显示区。
可以在全局变量里自定义变量名和显示的小数位数，程序会自动计算需要的页数，可以用遥控器翻页。

黄色变量表示实时变量，比如电机速度位置等信息，白色变量表示记忆变量，可以用遥控器设置变量值并且保存在单片机的内置Flash。

交互系统大致是这样，本身逻辑并不复杂，就不详细介绍了，程序里也有注释。这个交互方案可以移植到任何嵌入式项目，比串口+上位机程序的方案简便很多，不需要在板子旁边架个笔记本了。

（3）其他设备：NRF无线通信（作为发送方），舵机，LED，有源蜂鸣器。
（4）FreeRTOS：程序是在FreeRTOS里面组织的，每个线程负责一个任务，分工明确。

2.电机调试经验

实现电机闭环控制需要一些技巧，经过调试，一个合适的控制结构图是：

各个功能模块介绍：
（1）两个PID：除了基本算法，还加了积分限幅和死区。积分限幅就是积分值超过限制值就不再继续累加，死区就是当误差很小就输出为0，这样可以避免电机在那不停的微调。
最终采用的pid参数如下，第2~4个参数分别代表P，I，D系数，最后两个参数代表死区和积分限幅：

	init_pid_type(&VLoop,2,1,0.1,MOT_TIM_S,0.5,50); // 4 1.6
	init_pid_type(&PLoop,1,0.2,0.0,MOT_TIM_S,0.5,20);

调试速度环，可以先调P和I，实现有超调和衰减震荡的阶跃响应：

这时候再增加一点D系数可以减小超调：

（2）速度跟踪器：位置环输出的目标速度可能变化很大，会导致电机抖动，速度跟踪器就是限制目标速度的变化速度和变化加速度，可以让电机运行更平稳。
（3）电机驱动：当目标速度为0时可以关闭速度PID，直接把两路PWM都设为高电平（100%占空比），DRV8870直接让电机刹车。经过测试，把PWM周期设置成和PID的一样是效果最好的（都是10ms），用高频率PWM反而会让电机走走停停，抖的很厉害。
（4）编码器：最好是用和电机同轴的编码器。之前试过用齿轮啮合的编码器，齿轮间隙会导致编码器读取有误差，导致控制效果很差。
（5）卡尔曼滤波：用GPT生成了一个一维的滤波器，滤波器参数主要是过程噪声和测量噪声，过程噪声越小、测量噪声越大，得到的信号越平稳，相对原始信号的滞后也会越大。可以用串口把原始数据和滤波后数据打印出来，用serialplot观察波形，选择合适的滤波参数。给个滤波效果示例，红色是原始速度，紫色是滤波后速度：

最终控制效果，位置控制：（红色目标值，紫色实际值）

速度控制：