stm32小车pid算法速度闭环控制

### STM32 小车 PID 算法 速度闭环 控制 实现 教程

#### 连接硬件组件
为了实现基于STM32的小车速度闭环控制，首先需要正确连接各个硬件组件。五路循迹传感器应按照如下方式连接至STM32开发板：

| 传感器引脚 | 开发板引脚 |
| --- | --- |
| VCC | 5V |
| GND | GND |
| OUT1 | GPIO PA4 |
| OUT2 | GPIO PA5 |
| OUT3 | GPIO PA6 |
| OUT4 | GPIO PA7 |
| OUT5 | GPIO PB0 |

L293D电机驱动模块用于控制电机转动方向和速度。

#### 初始化配置
初始化阶段主要涉及设置GPIO端口模式以及PWM通道参数。对于PID控制器而言，还需要定义一些必要的变量来保存误差、上一次误差、累积误差等数据结构[^1]。

// 定义全局变量存储当前速度测量值与期望速度设定值
float current_speed = 0;
const float target_speed = 100; // 单位：RPM 或其他适合单位

// 创建PID实例并初始化参数Kp, Ki, Kd
struct pid_controller {
    float kp;
    float ki;
    float kd;
};

void init_pid(struct pid_controller *pid) {
    pid->kp = 2.0f;
    pid->ki = 0.1f;
    pid->kd = 1.0f;
}

#### 编写PID计算逻辑
编写一个函数`calculate_pid()`来进行实时调整。该函数接收实际速度作为输入，并返回经过PID调节后的输出值给PWM占空比。

#include "math.h"

float calculate_pid(struct pid_controller *pid, float setpoint, float process_variable){
    static float prev_error = 0;
    static float integral = 0;

    float error = setpoint - process_variable;
    
    // 防止积分饱和
    if (integral >= MAX_INTEGRAL || integral <= MIN_INTEGRAL)
        integral += error;

    float derivative = error - prev_error;
    float output = pid->kp*error + pid->ki*integral + pid->kd*derivative;

    prev_error = error;
    return output;
}

#### 设置定时器中断服务程序
为了让PID算法能够稳定工作，在TIMx_IRQHandler()中加入调用`calculate_pid()`的语句，确保每隔固定时间间隔更新一次PWM信号强度。

extern volatile uint8_t TimerCount;

if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htimX, TIM_IT_UPDATE) != RESET){
    __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htimX, TIM_IT_UPDATE);
        
    if(TimerCount % 10 == 0){ // 每20ms触发一次
        Motor_Set(calculate_pid(&pidMotor1Speed, target_speed, get_current_speed()), 0);
        TimerCount = 0;
    }
}

以上代码片段展示了如何利用STM32平台上的外设资源完成基本的速度反馈回路设计。需要注意的是，具体数值可能因应用场景不同而有所差异，建议根据实际情况适当调整PID系数以获得最佳性能表现[^4]。