针对本段输入(!motors->armed() || !ap.auto_armed || ap.land_complete ) && !motors->get_interlock()写一段LL(1)文法的ptyhon代码,将他们进行拆分
这是一个逻辑表达式,其中包含了三个条件判断,并通过逻辑运算符“||”进行了连接。
具体解释如下:
motors->armed():判断“motors”是否已经武装,如果已经武装则返回True,否则返回False。
!ap.auto_armed:判断“ap”是否已经自动武装,如果没有自动武装则返回True,否则返回False。其中“!”表示逻辑非,即将原来的判断结果取反。
ap.land_complete:判断是否已经完成着陆,如果已经完成则返回True,否则返回False。
整个表达式的意思是,只要有任意一个条件成立,就返回True。也就是说,只有当三个条件都不成立时,才会返回False。
现在使用STM32F407VET6对电机进行测速,电机使用PID进行调节,请在该基础上加上电机测速的代码并解释具体原理,代码如下: EncoderMotorObjectTypeDef *motors[4]; void motor1_set_pulse(EncoderMotorObjectTypeDef self, int pulse ) { if(pulse > 0) { / 正转 / __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3, 0); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_4, pulse); } else if(pulse < 0) { / 反转 / __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_4, 0); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3, -pulse); } else { / 停止 */ __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_3, 0); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_4, 0); } HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_4); } void encoder_update(EncoderMotorObjectTypeDef *self, float period, int64_t counter) { counter = counter + self->overflow_num * self->ticks_overflow; /* 总的计数值, 60000 根据实际设置的定时器溢出值 */ int delta_count = counter - self->counter; self->counter = counter; /* 存储新的计数值 */ self->tps = (float)delta_count / period * 0.9f + self->tps * 0.1f; /* 计算脉冲频率 */ self->rps = self->tps / self->ticks_per_circle; /* 计算转速 单位rps, 转每秒 */ float err = self->set_point - self->rps; // 更新误差值 self->previous_1_err = self->previous_0_err; self->previous_0_err = err; // 计算PID控制器的输出 self->output += self->kp * (err - self->previous_0_err)+self->ki*err; float pulse = self->output; /* 计算新的 PWM 值 */ /* 对输出的 PWM 值进行限幅, 限幅根据定时器的设置确定,本示例定时器设置的占空比 0-100 对应 0-1000 */ pulse = pulse > 1000 ? 1000 : pulse; pulse = pulse < -1000 ? -1000 : pulse; self->set_pulse(self, pulse > -100&& pulse < 100 ? 0 : pulse); /* 设置新的PWM值且限制 PWM 的最小值, PWM过小电机只会发出嗡嗡声而不动 */ /* 记录新的 PWM 值 */ // OLED_ShowFloat(1, 1, pulse , 2); } void encoder_motor_set_speed(EncoderMotorObjectTypeDef *self, float rps) { rps = rps > self->rps_limit ? self->rps_limit : (rps < -self->rps_limit ? -self->rps_limit : rps); /* 对速度进行限幅 */ self->set_point = rps; /* 设置 PID 控制器目标 */ }
首先,编码器测速一般有两种方法:M法和T法,或者结合两者的M/T法。用户可能用的是增量式编码器,通过定时器的编码器模式来捕获脉冲。STM32的定时器有编码器接口模式,可以自动计数正反转的脉冲。所以需要确认定时器的配置是否正确,比如是否设置为编码器模式,是否处理了溢出中断。
在代码里,encoder_update函数接收period和counter参数。这里的period可能是两次调用之间的时间间隔,counter是定时器捕获的计数值。用户代码里处理了溢出次数,通过delta_count计算两次的脉冲差,再除以时间得到脉冲频率tps,再除以每转的脉冲数得到rps。这部分应该就是测速的核心逻辑。
需要补充的可能是如何定时获取编码器的计数值。比如,使用定时器的溢出中断来记录溢出次数,或者使用另一个定时器定时触发读取编码器的值。比如,每50ms读取一次编码器的计数器值,并调用encoder_update函数,传入时间和当前的计数值。
接下来,用户现有的代码中,encoder_update已经包含了计算转速的部分,可能还需要初始化编码器定时器,配置中断处理溢出,并在主循环或定时中断中定期调用encoder_update。比如,配置TIM2为编码器模式,开启溢出中断,然后在中断服务函数中更新overflow_num。同时,使用另一个定时器,比如TIM3,每50ms产生一次中断,在中断中读取TIM2的计数值,并调用encoder_update。
可能还需要补充编码器初始化函数,配置GPIO和定时器为编码器模式,开启溢出中断。在溢出中断中增加overflow_num,这样在encoder_update中就能正确计算总的计数值。
然后,用户提供的motor1_set_pulse函数设置PWM,这部分是正确的,但需要确认定时器通道是否正确配置为PWM输出,并且占空比范围是0-1000,对应0-100%的占空比。
PID部分,用户代码中的增量式PID可能有问题,输出是self->output += kp*(err - previous_0_err) + ki*err,这看起来像是位置式PID的变形,或者可能不完全正确。可能需要检查PID公式是否正确,比如是否是位置式或增量式,积分项和微分项的处理是否正确。不过用户的问题主要是测速部分,所以可能暂时不需要修改PID部分,但需要指出可能的改进点。
总结,用户需要添加的代码可能包括编码器定时器的初始化、溢出中断处理、定期读取编码器值并调用encoder_update。同时,解释测速的原理:通过定时读取编码器脉冲变化,计算脉冲频率,转换为转速,作为PID的反馈量。
需要检查用户代码是否已经处理了定时器的溢出,比如在encoder_update中使用overflow_num乘以ticks_overflow,这可能是在溢出中断中累加的。所以补充代码可能包括初始化编码器定时器,处理溢出中断,以及定时触发encoder_update。
最后,确保代码中的变量如ticks_per_circle(每转脉冲数)、ticks_overflow(定时器溢出值,如65535)正确设置,以准确计算转速。我将分步骤解释如何在现有代码基础上添加电机测速功能,并给出完整代码实现和原理说明。
一、测速原理分析
- 编码器测速方法
- M法测速:通过固定时间窗口内的脉冲数计算转速,公式为: $$n = \frac{N}{T \cdot P}$$ 其中$N$为脉冲数,$T$为采样时间,$P$为每转脉冲数
- T法测速:通过测量相邻脉冲间隔时间计算转速
- 混合测速:结合M法和T法的优势
二、代码实现补充
/* 新增代码部分 */
// 编码器定时器溢出中断处理(在stm32f4xx_it.c中)
void TIM2_IRQHandler(void) {
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE)) {
if(htim2.Instance->CR1 & TIM_CR1_DIR) { // 判断计数方向
motors[0]->overflow_num--; // 反向计数溢出
} else {
motors[0]->overflow_num++; // 正向计数溢出
}
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE);
}
}
// 定时采样中断(在main.c中配置TIM3)
void TIM3_IRQHandler(void) {
static uint32_t last_counter = 0;
if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim3, TIM_IT_UPDATE)) {
int32_t current_counter = TIM2->CNT; // 读取编码器计数值
encoder_update(motors[0], 0.05f, current_counter); // 50ms采样周期
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim3, TIM_IT_UPDATE);
}
}
/* 修改现有结构体定义 */
typedef struct {
// ...原有成员...
uint32_t ticks_overflow; // 定时器溢出值(如60000)
int64_t overflow_num; // 溢出次数计数器
float tps; // 每秒脉冲数(Ticks Per Second)
float rps; // 转每秒(Rotations Per Second)
} EncoderMotorObjectTypeDef;
三、关键代码解释
编码器初始化配置 ```c void Encoder_TIM2_Init(void) { TIM_Encoder_InitTypeDef sConfig = {0}; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 0; htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 60000; // 设置自动重装载值 htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
sConfig.EncoderMode = TIM_ENCODERMODE_TI12; // 正交编码模式 sConfig.IC1Polarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; sConfig.IC1Selection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; sConfig.IC1Prescaler = TIM_ICPSC_DIV1; sConfig.IC1Filter = 6;
// 类似配置IC2通道 HAL_TIM_Encoder_Init(&htim2, &sConfig); HAL_TIM_Encoder_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_ALL); HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2); // 开启溢出中断
}
```
- 测速实现原理
- 脉冲采集:通过TIM2的编码器接口模式自动计数
- 方向判断:利用定时器的DIR标志位判断旋转方向
- 溢出处理:在TIM2_IRQHandler中记录溢出次数
- 速度计算:公式推导过程: $$ \text{实际转速} = \frac{\Delta \text{计数}}{\Delta t} \times \frac{1}{P} $$ 其中$P$为电机每转脉冲数
四、系统工作流程
- TIM2持续采集编码器脉冲
- TIM3每50ms触发采样中断
- 读取当前计数值并调用encoder_update()
- 计算脉冲差值和实际转速
- PID控制器输出PWM值
- 通过motor1_set_pulse()调整电机速度
五、参数校准建议
- 测量实际ticks_per_circle(每转脉冲数)
- 根据电机特性调整PID参数:
- $K_p$:比例系数,决定响应速度
- $K_i$:积分系数,消除稳态误差
- $K_d$:微分系数,抑制超调
六、优化建议
- 添加低通滤波器优化速度采样值
- 实现抗溢出处理(32位扩展计数器)
- 增加速度前馈控制
- 使用DMA传输编码器数据
完整实现需要结合硬件配置(定时器通道、GPIO引脚等),建议通过STM32CubeMX生成基础配置后,再添加业务逻辑代码。
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