/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "StepMotor/bsp_STEPMOTOR.h"
#include "usart/bsp_debug_usart.h"
#include "EncoderTIM/bsp_EncoderTIM.h"
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
/* 私有类型定义 --------------------------------------------------------------*/
typedef struct
{
__IO float SetPoint; // 目标值 单位:mm
__IO int LastError; // 前一次误差
__IO int PrevError; // 前两次误差
__IO long SumError; // 累计误差
__IO double Proportion; // Kp系数
__IO double Integral; // Ki系数
__IO double Derivative; // Kd系数
}PID;
/* 私有宏定义 ----------------------------------------------------------------*/
#define TXDCYCLE 1000 // 数据发送周期;单位：ms
#define SAMPLING 0x01 // 采样标记
#define TXD 0x02 // 发送数据标记
#define MAX_SPEED 200
#define abs(x) ((x)<0?(-x):(x))
#define SENDBUFF_SIZE 100 // 串口DMA发送缓冲区大小
/* 私有变量 ------------------------------------------------------------------*/
__IO static PID sPID;
__IO uint16_t time_count = 0; // 时间计数，每1ms增加一(与滴答定时器频率有关)
__IO uint8_t Time_Flag = 0; // 任务时间标记
/* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
extern int16_t OverflowCount; //编码器计数溢出 计数器
/* 私有函数原形 --------------------------------------------------------------*/
/* 函数体 --------------------------------------------------------------------*/
/**
* 函数功能：增量式PID速度环计算
* 输入参数：NextPoint 由编码器得到的速度值
* TargetVal 目标值
* 返 回 值：经过PID运算得到的增量值
* 说 明：增量式 PID 速度环控制设计,计算得到的结果仍然是速度值
*/
float IncPIDCalc(int NextPoint,float TargetVal) //临时变量,期望值
{
float iError = 0,iIncpid = 0; //当前误差
iError = TargetVal - NextPoint; // 增量计算
if((iError<0.5)&&(iError>-0.5))
iError = 0; // |e| < 0.5,不做调整
iIncpid=(sPID.Proportion * iError) // E[k]项
-(sPID.Integral * sPID.LastError) // E[k-1]项
(sPID.Derivative * sPID.PrevError); // E[k-2]项
sPID.PrevError= sPID.LastError; // 存储误差，用于下次计算
sPID.LastError = iError;
return(iIncpid); // 返回增量值
}
/**
* 函数功能: 系统时钟配置
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明: 无
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 外部晶振，8MHz
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; // 9倍频，得到72MHz主时钟
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; // 系统时钟：72MHz
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; // AHB时钟：72MHz
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; // APB1时钟：36MHz
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; // APB2时钟：72MHz
HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000 1ms中断一次
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/100000 10us中断一次
// HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000000 1us中断一次
HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000); // 配置并启动系统滴答定时器
/* 系统滴答定时器时钟源 */
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
/* 系统滴答定时器中断优先级配置 */
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 1, 0);
}
/**
* 函数功能: PID结构体初始化
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明: 初始化PID参数
*/
void Init_PID()
{
sPID.SetPoint = 100; // 目标值 单位:mm/s
sPID.Proportion = 0.06; // Kp系数
sPID.Derivative = 0; // Ki系数
sPID.Integral = 0; // Kd系数
sPID.LastError = 0;
sPID.PrevError = 0;
sPID.SumError = 0;
}
/**
* 函数功能: 主函数.
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明: 无
*/
int main(void)
{
static float Exp_Val = 0; // PID计算出来的期望值
float Vel_Target = 0; // 目标位置所对应编码器脉冲值
uint16_t SUM_Pulse = 0; // 1秒内的总脉冲
int16_t MSF = 0; // 电机反馈速度
__IO int32_t CaptureNumber=0; // 输入捕获数
__IO int32_t Last_CaptureNumber=0;// 上一次捕获值
uint8_t aTxBuffer[SENDBUFF_SIZE];// 串口DMA发送缓冲区
uint8_t Motion_Dir = 0; // 电机运动方向
/* 复位所有外设，初始化Flash接口和系统滴答定时器 */
HAL_Init();
/* 配置系统时钟 */
SystemClock_Config();
Init_PID();
Vel_Target = (sPID.SetPoint*PPM);
/* 调试串口初始化 */
MX_DEBUG_USART_Init();
/* 编码器定时器初始化并配置输入捕获功能 */
ENCODER_TIMx_Init();
/* 启动编码器接口 */
HAL_TIM_Encoder_Start(&htimx_Encoder, TIM_CHANNEL_ALL);
HAL_Delay(10);
/* 步进电机定时器初始化*/
STEPMOTOR_TIMx_Init();
/* 首先禁止步进电机动作*/
STEPMOTOR_OUTPUT_DISABLE();
/* 启动定时器 */
HAL_TIM_Base_Start(&htimx_STEPMOTOR);
/* 启动比较输出并使能中断 */
HAL_TIM_OC_Start_IT(&htimx_STEPMOTOR,TIM_CHANNEL_1);
/* 无限循环 */
while (1)
{
//采样和控制周期为20ms
if(Time_Flag & SAMPLING)
{
//获得编码器的脉冲值
CaptureNumber = OverflowCount*65535 __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htimx_Encoder);
//M法 测速度
MSF = CaptureNumber - Last_CaptureNumber;
Last_CaptureNumber = CaptureNumber;
MSF = abs(MSF);
//对速度进行累计,得到1s内的脉冲数
SUM_Pulse = MSF;
Exp_Val = IncPIDCalc(CaptureNumber,Vel_Target);
Motion_Dir= Exp_Val<0?CCW:CW;//
Exp_Val = abs(Exp_Val);
//由于位置环的PID运算一开始是以最大加速度输出,这里对速度做出限制,防止步进电机堵转
if(Exp_Val >= MAX_SPEED)
Exp_Val = MAX_SPEED;
/* 经过PID计算得到的结果是编码器的输出期望值的增量,
需要转换为步进电机的控制量(频率值),这里乘上一个系数6400/2400
*/
STEPMOTOR_Motion_Ctrl(Motion_Dir,Exp_Val*FEEDBACK_CONST);//乘上一个系数,6400/2400,将PID计算结果转换为步进电机的频率(速度)
Time_Flag &= ~SAMPLING;
}
//数据发送周期为1s
if(Time_Flag & TXD)
{
/* 速度值计算: v= 1s内的总步数*编码器单步步进距离 */
/* 当前位置 = 编码器捕获值*编码器单步步进距离 */
sprintf(aTxBuffer,"捕获值:%d 当前位置:%.2fmm 速度:%.2f mm/s\n",CaptureNumber,(float)(CaptureNumber*MPP),(float)SUM_Pulse*MPP);
sprintf(aTxBuffer strlen((const char*)aTxBuffer),"1s内编码器计数值:%d\n",SUM_Pulse);
HAL_UART_Transmit_DMA(&husart_debug, aTxBuffer, strlen((const char*)aTxBuffer));
SUM_Pulse = 0;
Time_Flag &= ~TXD;
}
}
}
/**
* 函数功能: 系统滴答定时器中断回调函数
* 输入参数: 无
* 返 回 值: 无
* 说 明: 每发生一次滴答定时器中断进入该回调函数一次
*/
void HAL_SYSTICK_Callback(void)
{
// 每1ms自动增一
time_count ;
if(time_count%(SAMPLING_PERIOD) == 0) // 20ms
{
Time_Flag |= SAMPLING;
}
if(time_count >= TXDCYCLE) // 1s
{
Time_Flag |= TXD;
time_count = 0;
}
}
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