电赛练习之旋转倒立摆

可以看到，题目中所要求完成的就是通过对一个电机的控制来实现的，控制题的核心还是要落在控制上。历届电子设计大赛经常被人戏称为电子机械设计大赛，虽然控制题的核心是落在控制上，但系统的机械结构也至关重要。此次练习采用的是平衡小车之家的套件，所以省去了搭硬件的很多麻烦。单单就完成题目要求的功能来说，数值分析并不是很必要（强迫症或者冲击国奖者除外）。因此，本篇内容仅仅从代码的角度来进行分析。
俗话说的好，不写注释的程序猿是流氓。我个人很喜欢在主函数的前面写上所用引脚的定义，这样一来方便接线，二来可以避免引脚重复使用，造成不必要的麻烦。

/************************************************ 圆周倒立摆实验 ADC:PA1 Motor:PC0 PC1 Pwm:PB4 PB5 编码器A相：PB6 B相：PB7 按键:PA0 2 3 4 @JackFu ************************************************/

先来谈一谈我程序的风格，
一、
在主函数里我将初始化的函数写在了Board_Init();这个函数里，这样看起来比较方便后期的更改与检查，减少了主函数的代码量，使得主函数看起来简洁、调理。

void Board_Init(void)
{ 
   
	delay_init();
	Adc_Init();
	KEY_Init();
	Ecoder_TIM4_Init(); 
	Motor_Init();
	Timer_pwm_Init(999,8);
// Timer_Init_TIM5(4999,71);
// TIM_SetCompare2(TIM3,800);
	uart_init(115200);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
}

二、我一般习惯于建立两个文件夹：HARDWARE、CONTROL。其中前者用来存放于硬件相关的一些配置函数，后者用来放与软件相关的一些配置函数。这样方便后期的维护与移植。

对于其中用到的基本配置，如ADC，ENCODER，MOTOR等等，此处不再赘述。网上有很多的例程与讲解。
该题的核心控制为电机，关键函数如下：

//电机调节函数 （控制电机倒立，很重要）
void Motor_Config(short pwm)
{ 
   
	int speed;
	if(start == 1)                         //开启倒立，调节倒立摆平衡
	{ 
   
		if(pwm<0 && pwm > -PWM_MAX)
		{ 
   
			speed = PWM_MAX + pwm;
			if(speed < 0)
			{ 
   
				speed = 0;
			}
			TIM_SetCompare2(TIM3,speed);
			Motor_reverse();
		}
		else if(pwm > 0 && pwm < PWM_MAX)
		{ 
   
			speed = PWM_MAX - pwm;
			if(speed > 400)
			{ 
   
				speed = 400;
			}
			TIM_SetCompare2(TIM3,speed);
			Motor_Forward();
		}
	}
	else                                   //电位器偏角过大，无法调节，为了安全，关闭电机
	{ 
   
		Motor_stop();
	}
}

传入的参数为电机ENCODER，电位器ADC采集值后经过PID处理的数据，具体的处理函数如下：

short PID_Pos_PosCalc(short NextPoint)
{ 
   
  register float  iError,dError;
	iError = pos_Set_Pos - NextPoint;        				// 偏差
	pos_SumError += iError*0.2;				    				// 积分
	if(pos_SumError > 1000.0)								//积分限幅1000
		pos_SumError = 1000.0;
	if(pos_SumError < -1000.0)
		pos_SumError = -1000.0;	
	dError = iError - pos_LastError; 						// 当前微分
	pos_LastError = iError;
	
	return(short)(pos_p * iError*0.8 + pos_i * pos_SumError + pos_d * dError);	//返回计算值
}


short PID_Ang_PosCalc(short NextPoint)
{ 
   
  register float  iError,dError;
	iError = ang_Set_Pos - NextPoint;        				// 偏差
	ang_SumError += iError;				    				// 积分
	if(ang_SumError > 1000.0)								//积分限幅1000
		ang_SumError = 1000.0;
	if(ang_SumError < -1000.0)
		ang_SumError = -1000.0;	
	dError = iError - ang_LastError; 						// 当前微分
	ang_LastError = iError;
	
	return(short)(ang_p * iError + ang_i * ang_SumError + ang_d * dError);	//返回计算值
}

void Task3(void)
{ 
   
	short temp,temp1,temp2;
	temp = 0;
	temp1 = ANG_MIN_VAL;										//角度最大值
	temp2 = ANG_MAX_VAL;										//角度最小值
	
	ang_Cur_Pos = Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,15);			//获取当前角度
	
	
	ang_Set_Pos = ANG_MID_VAL;									//将平衡时位置角度应当采样的值赋给设定值
	
	if((ang_Cur_Pos > temp1)&&(ang_Cur_Pos<temp2))
	{ 
   
		temp += PID_Ang_PosCalc(ang_Cur_Pos);					//角度还在可以调整的范围内 
		start = 1;		
	}
	
	else
	{ 
   															//角度过大，调整不了，为了安全，关机
		start = 0;
	}
	
// if(++Position_Target>5)
		pos_Cur_Pos = PID_Pos_PosCalc(Encoder),Position_Target=0;
	temp -= pos_Cur_Pos;
// if(pos_Cur_Pos > 0 && flag == -1)
// { 
   
// ANG_MID_VAL = ANG_MID_VAL-5;
// flag = flag*(-1);
// }
// else if(pos_Cur_Pos < 0 && flag == 1)
// { 
   
// ANG_MID_VAL = ANG_MID_VAL+5;
// flag = flag*(-1);
// }

	Motor_Config(temp);
	printf("%d ",temp);
	printf("%d\r\n",Encoder);
}

该题的控制采用了双环的PID来进行处理，在进行学习的过程中发现，仅仅采用电位器环的PID可以使得摆杆倒立起来，但整个摆杆会整体顺时针或者逆时针的旋转，并不能满足题目要求。正如前面所述，在考虑机械结构时，要整体考虑，否则当做到这里时，发现需要用双环来进行控制，再改机械结构，会浪费很多的时间。

这里附上源码 (链接: Mycode（双环控制)

全栈程序员-站长

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