本節(jié)介紹的是一個(gè)舉升電機(jī)，顧名思義，通過轉(zhuǎn)軸控制物體升降，為雙通道磁性譯碼器，利用電調(diào)進(jìn)行操控，具體驅(qū)動類似于大學(xué)期間最大眾的SG180°舵機(jī)，在一定的頻率下，通過調(diào)制脈寬進(jìn)行控制。

設(shè)備介紹

• 具體實(shí)控
  例如在50Hz情況下，即周期為20ms
  ①驅(qū)動信號區(qū)間： 區(qū)間一(0.5ms-1.5ms )和區(qū)間二(1.5ms-2.5ms ) （注意都是開區(qū)間且存在死區(qū)）
  ②其中區(qū)間一和區(qū)間二分別表示不同的方向運(yùn)動，例區(qū)間一表示正方向，則區(qū)間二表示反方向。
  ③旋轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)為“ V ” 字形，即0.5ms和2.5ms分別表示為正反方向的最快速度，1.5ms左右分別表示正反方向的最慢速度。其中小于等于0.5ms時(shí)、1.5ms時(shí)和大于等于2.5ms時(shí)電機(jī)都保持停轉(zhuǎn)狀態(tài)。

• 電調(diào)引線
  再看電調(diào)引線，可注意 分別有7根線，如上圖，其中粗線有四根，紅黑兩根線為電源線，這里接24V，還有兩根黃藍(lán)接電機(jī)，控制電機(jī)不同轉(zhuǎn)向；細(xì)線有三根，分別是紅黑白，其中紅黑為電源線，輸出5V，可選擇是否需要給MCU供電，黑線接地，白色線為PWM信號輸入線，接收MCU發(fā)過來的信號進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。

• 電機(jī)引線
  如上圖，電機(jī)有6根線，跟大眾使用的編碼器電機(jī)無差別，兩根電機(jī)引線+兩根編碼器電源線+AB相

• PID
  由于前幾節(jié)中已介紹pwm的基本使用，這里就不再介紹，下面我直接介紹我的PID設(shè)計(jì)
  ①首先在主函數(shù)中對PID進(jìn)行初始化，即設(shè)置目標(biāo)數(shù)、比例積分微分常數(shù)、輸出限幅、積分限幅。
  ②在定時(shí)器中斷中對旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，將輸出信號傳入電調(diào)。
  ③在P、I、D參數(shù)調(diào)節(jié)中，我習(xí)慣先調(diào)I，將P和D置0，從小–>大調(diào)，觀察電機(jī)變化，這里我使用的是一個(gè)上位機(jī)軟件VOFA，串口協(xié)議，通過上傳指定數(shù)據(jù)，可以很好的觀察波形變化，可發(fā)現(xiàn) 它呈現(xiàn)出一個(gè)緩慢上升的波形，這時(shí)可以對I進(jìn)行放大，加快上升速度，我的調(diào)節(jié)是：調(diào)至I能很好的達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)，且在第一次達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，可以讓它超出適量值，再對比左右部分?jǐn)?shù)值，發(fā)現(xiàn)這個(gè)點(diǎn)的I值達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的速度更快，則這個(gè)點(diǎn)就是我要的I值。然后再對P進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以選擇從小–>大調(diào)，P可以很好的反饋出控制器對電機(jī)的控制速度，即加大對目標(biāo)值的反應(yīng)，具體調(diào)節(jié)方法同I。最后在對D進(jìn)行調(diào)節(jié)（對于一般的控制，PI兩個(gè)參數(shù)足以滿足需求，如果最后完美，可再選擇D），D表現(xiàn)為誤差變化率的變化，可以抑制電機(jī)的超調(diào)等，對于D，你可以用某物體人為的阻擋電機(jī)轉(zhuǎn)動，觀察電機(jī)變化，例如你提供足夠大的阻力，電機(jī)肯定會直接拉滿，這時(shí)觀察電機(jī)再次回到目標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間。

軟件設(shè)計(jì)

• 1. 設(shè)備初始化

/************************** Uart ************************************/
void Uart_Init(void)
{char str[] = "hello RT-Thread!\r\n";/* step1：查找串口設(shè)備 */serial = rt_device_find(SAMPLE_UART_NAME);/* step2：修改串口配置參數(shù) */config.baud_rate = BAUD_RATE_115200;        //修改波特率為 115200config.data_bits = DATA_BITS_8;           //數(shù)據(jù)位 8config.stop_bits = STOP_BITS_1;           //停止位 1config.bufsz     = 128;                   //修改緩沖區(qū) buff size 為 128config.parity    = PARITY_NONE;           //無奇偶校驗(yàn)位/* step3：控制串口設(shè)備。通過控制接口傳入命令控制字，與控制參數(shù) */rt_device_control(serial, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &config);/* step4：打開串口設(shè)備。以中斷接收及輪詢發(fā)送模式打開串口設(shè)備 */rt_device_open(serial, RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
}/************************** Timer ************************************/
void Timer_Init(void)
{rt_hwtimer_mode_t mode;            /* 定時(shí)器模式  */rt_hwtimerval_t timeout_s;         /* 定時(shí)器超時(shí)值  */rt_uint32_t freq = 1000000;       /* 計(jì)數(shù)頻率  */// 使用前必須先手動打開時(shí)鐘__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();/* 查找定時(shí)器設(shè)備 */hw_dev = rt_device_find(HWTIMER_DEV_NAME);if (hw_dev == RT_NULL){rt_kprintf("hwtimer sample run failed! can't find %s device!\n", HWTIMER_DEV_NAME);}/* 以讀寫方式打開設(shè)備 */rt_err_t ret = rt_device_open(hw_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);if (ret != RT_EOK){rt_kprintf("open %s device failed!\n", HWTIMER_DEV_NAME);}/* 設(shè)置超時(shí)回調(diào)函數(shù) */rt_device_set_rx_indicate(hw_dev, Timer3_Out);/* 設(shè)置計(jì)數(shù)頻率(若未設(shè)置該項(xiàng)，默認(rèn)為1Mhz 或 支持的最小計(jì)數(shù)頻率) */rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_FREQ_SET, &freq);/* 設(shè)置模式為周期性定時(shí)器（若未設(shè)置，默認(rèn)是HWTIMER_MODE_ONESHOT）*/mode = HWTIMER_MODE_PERIOD;ret = rt_device_control(hw_dev, HWTIMER_CTRL_MODE_SET, &mode);if (ret != RT_EOK){rt_kprintf("set mode failed! ret is :%d\n", ret);}/* 設(shè)置定時(shí)器超時(shí)值為2s并啟動定時(shí)器 */timeout_s.sec = 0;      /* 秒 */timeout_s.usec = 40000;     /* 微秒 */if (rt_device_write(hw_dev, 0, &timeout_s, sizeof(timeout_s)) != sizeof(timeout_s)){rt_kprintf("set timeout value failed\n");}
}/************************** PWM ************************************/
void PWM_Init(void)
{/* 查找設(shè)備 */pwm_dev = (struct rt_device_pwm *)rt_device_find(PWM_DEV_NAME);if (pwm_dev == RT_NULL){rt_kprintf("pwm sample run failed! can't find %s device!\n", PWM_DEV_NAME);}/* 使能設(shè)備 */rt_pwm_enable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL1);/* 設(shè)置PWM周期和脈沖寬度 */rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL1, period, pulse);
}/************************** Encoder ************************************/
void Encoder_Init(void)
{/* 查找脈沖編碼器設(shè)備 */pulse_encoder_dev = rt_device_find(PULSE_ENCODER_DEV_NAME);if (pulse_encoder_dev == RT_NULL){rt_kprintf("pulse encoder sample run failed! can't find %s device!\n", PULSE_ENCODER_DEV_NAME);}/* 以只讀方式打開設(shè)備 */rt_err_t ret = rt_device_open(pulse_encoder_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDONLY);if (ret != RT_EOK){rt_kprintf("open %s device failed!\n", PULSE_ENCODER_DEV_NAME);}
}

• 2. 以下為位置式PID計(jì)算，可供參考

PID_VAR_TYPE Position_PID_Cal(PID * s_PID,PID_VAR_TYPE now_point)
{s_PID->LastResult = s_PID->Result;                 // 簡單賦值運(yùn)算//誤差計(jì)算s_PID->Error = s_PID->SetPoint - now_point;s_PID->SumError += s_PID->Error;                            //積分誤差累加//積分限幅PID_VAR_TYPE IOutValue = s_PID->SumError * s_PID->Integral;if(IOutValue > s_PID->IntegralMax)IOutValue = s_PID->IntegralMax;else if(IOutValue < s_PID->IntegralMin)IOutValue = s_PID->IntegralMin;//PID計(jì)算s_PID->Result =  s_PID->Proportion  *  s_PID->Error                          // 比例項(xiàng)+ IOutValue                                                     // 積分項(xiàng)+ s_PID->Derivative  * (s_PID->Error - s_PID->LastError);     // 微分項(xiàng)s_PID->PrevError = s_PID->LastError;                               // 簡單賦值運(yùn)算s_PID->LastError = s_PID->Error;                       // 簡單賦值運(yùn)算//輸出限幅if(s_PID->Result > s_PID->OutMax)s_PID->Result = s_PID->OutMax;else if(s_PID->Result < s_PID->OutMin)s_PID->Result = s_PID->OutMin;return s_PID->Result;
}

• 3. VOFA
  正如上面所介紹的一個(gè)上位機(jī)軟件，可觀察PID波形變化，協(xié)助開發(fā)，具體協(xié)議如下所示：

void SendDatatoVoFA(rt_uint8_t byte[],float v_real)
{rt_uint8_t t_test=0;//四位發(fā)送rt_uint8_t send_date[4]={0};//發(fā)送數(shù)據(jù)Float_to_Byte(v_real,byte);  //類型轉(zhuǎn)換for(t_test=0;t_test<4;t_test++){rt_device_write(serial, 0, &byte[t_test], 1);}send_date[0]=0X00;send_date[1]=0X00;send_date[2]=0X80;send_date[3]=0X7f;for(t_test=0;t_test<4;t_test++){rt_device_write(serial, 0, &send_date[t_test], 1);}
}

• 4. 在定時(shí)器中斷不斷進(jìn)行PID計(jì)算，并輸出PWM信號

static rt_err_t Timer3_Out(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{    rt_device_read(pulse_encoder_dev, 0, &count, 1);  /* 讀取脈沖編碼器計(jì)數(shù)值 */rt_int32_t out=Position_PID_Cal(&pid1,count);rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL1, period, out);rt_kprintf("%d - %d\n",count,out);SendDatatoVoFA(byte,count);   //發(fā)送到vofa上位機(jī)，查看波形rt_device_control(pulse_encoder_dev, PULSE_ENCODER_CMD_CLEAR_COUNT, RT_NULL);/* 清空脈沖編碼器計(jì)數(shù)值 */return 0;
}