stm32f103c8t6位置式PID控制舵机详细解答

位置式PID控制是一种常用的机器人运动控制方法，也适用于控制舵机的位置。在stm32f103c8t6中，可以使用定时器和捕获比较来生成PWM信号控制舵机位置，并使用软件实现PID控制算法。以下是详细解答：

1. 硬件连接

将舵机地线接到stm32f103c8t6的GND引脚，将舵机信号引脚连接到stm32f103c8t6的PWM输出引脚，例如PA8引脚。使用万用表检查舵机和stm32f103c8t6之间的电气连接。

2. 定时器配置

使用stm32f103c8t6的定时器来生成PWM信号，配置定时器的时钟源、分频、计数器周期和比较值。例如，使用定时器2、APB1时钟、分频系数为72，计数器周期为20000，比较值为1500。具体配置代码如下：

// 定时器2时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

// 定时器2配置
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 20000 - 1; // 20ms周期
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 1MHz时钟
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

// 定时器2比较输出配置
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 1500; // 1.5ms脉宽
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

// 启动定时器2
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

注意，舵机一般接受的脉冲宽度范围为500us到2500us，对应的PWM值应该在计数器周期范围内。比如在上述配置中，舵机在1ms到2ms之间旋转，但是较大和较小的脉宽可能会损坏舵机。

3. 软件实现PID算法

使用stm32f103c8t6的GPIO口读取传感器测量的舵机位置，设计一个位置式PID控制算法并输出控制量更新PWM信号的脉宽。例如采用全局变量来表示舵机的目标位置和当前位置，PID算法中使用的比例系数、积分系数和微分系数，以及积分误差和上一次误差值，具体代码如下：

// 全局变量
int target_position = 0; // 目标位置
int current_position = 0; // 当前位置
float kp = 0.1, ki = 0.2, kd = 0.05; // 比例系数、积分系数、微分系数
float integral_error = 0; // 积分误差
float last_error = 0; // 上一次误差值

// 舵机控制函数
void control_servo() {
    // 读取传感器的当前位置
    current_position = read_sensor();

    // 计算误差
    float error = target_position - current_position;

    // 计算积分误差
    integral_error += error;

    // 计算微分误差
    float derivative_error = error - last_error;

    // 计算PID控制量
    float control = kp * error + ki * integral_error + kd * derivative_error;

    // 更新PWM信号脉宽
    int pulse_width = 1500 + (int)control;
    TIM_SetCompare1(TIM2, pulse_width);

    // 更新误差值
    last_error = error;
}

其中，read_sensor()函数用于读取舵机位置传感器的当前位置，kp、ki和kd分别表示比例系数、积分系数和微分系数，它们可以根据具体需要进行调整，也可以通过自适应PID算法进行优化。

4. 主循环

在stm32f103c8t6的主循环中，采样传感器并调用舵机控制函数。例如，使用定时器3采样传感器，定时器3配置代码如下：

// 定时器3时钟使能
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

// 定时器3配置
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1; // 1ms周期
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 1MHz时钟
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

// 定时器3中断配置
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; // 抢占优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; // 子优先级1
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

// 启动定时器3
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);

// 定时器3中断函数
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        // 调用舵机控制函数
        control_servo();

        // 清除中断标志位
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

注意，定时器3中断的抢占优先级和子优先级应该低于定时器2中断的抢占优先级和子优先级，即定时器2应该有更高的优先级。

以上就是stm32f103c8t6位置式PID控制舵机的详细解答，希望对您有所帮助。