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2019年电赛已经结束，虽然结果不能令人满意，但闲下来，还是总结一下电赛学到的东西与失败的地方。这一次先来谈一下一阶旋转倒立摆。
一、题目分析：
拿到一道题目，其实最应该做的事情是分析题目，因为我们往往可以发现某些发挥题是在基础题的基础上进行的，但是，可能某些发挥题需要在基础题的基础上修改结构，我们也可以发现，题目中的某些问题具有相似性，当我们合并同类项的时候，可以把题目的要求变得简单。一下，我粘贴过来2013年一阶旋转倒立摆的题目以及要求：
我们很容易知道本题的核心是使得摆杆保持稳定，之后再其基础上进行一些功能的延伸。为了更好地理解题意，我做了如下的分析：
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)
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