使用STM32控制

用正点原子的STM32F4探索者开发板（大材小用）的作为主控控制摆球

PID控制算法

用PID控制（整体程序写法比较混乱）
基本思路：

小球在平面上分为x轴方向和y轴方向

实现速度环、

先实现在x轴方向给小球任意速度能让小球在x轴方向上的速度为0

再实现在y轴方向给小球任意速度能让小球在y轴方向上的速度为0

实现位置环

实现小球停到任意x轴位置

实现小球停到任意y轴位置

将小球的速度环和位置环串联

调试

速度环一般采用PI控制

位置环一般采用PD控制

下面是源代码

//PID头文件内容
//关于位置环的结构体定义
typedef struct
{float SetPlace;    //定义设定值float ActualPlace; //定义实际值float LastPlace;   //定义实际值float err;         //定义偏差值float err_last;    //定义上一个偏差值float Kp, Ki, Kd;  //定义比例、积分、微分系数float result;      //pid计算结果float integral;    //定义积分值
} pid_p;
//关于速度环的结构体定义
typedef struct
{float SetV;             //定义设定值float ActualV;          //定义实际值float err_V;            //定义偏差值float err_last_V;       //定义上一个偏差值float Kp_V, Ki_V, Kd_V; //定义比例、积分、微分系数float result_V;         //pid计算结果float integral_V;       //定义积分值
} pid_c;
//位置环
void PID_init(void);
float PID_realize(float P, float P_r);
void PID_init_Y(void);
float PID_realize_Y(float P, float P_r);//速度环
void PID_init_Vx(void);
float PID_Vx_realize(float V, float V_r);
void PID_init_Vy(void);
float PID_Vy_realize(float V, float V_r);//PID源文件
float last_x=0; //x上一次位置
float last_y=0; //y上一次位置
float x_speed=0;//x轴
float y_speed=0;
void PID_init()//PID参数的初始化
{pid.SetPlace = 0;    // 设定的预期位置值pid.ActualPlace = 0; // 实际位置值pid.err = 0.0;       // 当前次实际与理想的偏差pid.err_last = 0.0;  // 上一次的偏差pid.LastPlace = 0;   // 上一次的位置pid.integral = 0.0;  // 积分值pid.Kp = 0.5;        // 比例系数0.1pid.Ki = 0;          // 积分系数pid.Kd = 0;         // 微分系数
}
float PID_realize(float P, float P_r)
{char flag = 1;pid.SetPlace = P;                         // 固定位置值传入pid.ActualPlace = P_r;                    // 实际位置传入 pid.err = pid.SetPlace - pid.ActualPlace; //计算偏差pid.integral += pid.err;//积分求和pid.result = pid.Kp * pid.err + pid.Ki * pid.integral + pid.Kd * (pid.err - pid.err_last);  //位置式公式pid.err_last = pid.err;//留住上一次误差pid.LastPlace = pid.ActualPlace;return pid.result;}return 0;
}
void PID_init_Y()
{pid_Y.SetPlace = 0;    // 设定的预期位置值pid_Y.ActualPlace = 0; // 实际位置值pid_Y.err = 0.001;       // 当前次实际与理想的偏差pid_Y.err_last = 0.0;  // 上一次的偏差pid_Y.integral = 0.0;  // 积分值pid_Y.Kp = 0.1;          // 比例系数0.01pid_Y.Ki = 0;          // 积分系数pid_Y.Kd = 0;        // 微分系数
}float PID_realize_Y(float P, float P_r)
{char flag = 1;pid_Y.SetPlace = P;                             // 固定位置值传入pid_Y.ActualPlace = P_r;                        // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096pid_Y.err = pid_Y.SetPlace - pid_Y.ActualPlace; //计算偏差                                              pid_Y.integral += pid_Y.err;                                                                               //积分求和pid_Y.result = pid_Y.Kp * pid_Y.err + pid_Y.Ki * pid_Y.integral + pid_Y.Kd * (pid_Y.err - pid_Y.err_last); //位置式公式pid_Y.err_last = pid_Y.err;//留住上一次误差return (pid_Y.result) / 9000;
}
//x轴方向的速度环
void PID_init_Vx()
{pid_v.SetV = 0;         // 设定的预期速度值pid_v.ActualV = 0;      // 实际速度值pid_v.err_V = 0;      // 当前次实际与理想的速度差pid_v.err_last_V = 0.0; // 上一次的偏差pid_v.integral_V = 0.0; // 积分值pid_v.Kp_V = 0.07;         // 比例系数0.03pid_v.Ki_V = 0;         // 积分系数pid_v.Kd_V = 0.02;         // 微分系数
}
//
float PID_Vx_realize(float V, float V_r)
{char flag = 1;pid_v.SetV = V;                                                                                                            // 固定位置值传入pid_v.ActualV = V_r;                                                                                                       // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096pid_v.err_V = pid_v.SetV - pid_v.ActualV;                                                                                  //计算偏差pid_v.integral_V += pid_v.err_V;                                                                                           //积分求和pid_v.result_V = pid_v.Kp_V * pid_v.err_V + pid_v.Ki_V * pid_v.integral_V + pid_v.Kd_V * (pid_v.err_V - pid_v.err_last_V); //位置式公式pid_v.err_last_V = pid_v.err_V;return pid_v.result_V;
}
//y轴方向的速度环
void PID_init_Vy()
{pid_v.SetV = 0;         // 设定的预期速度值pid_v.ActualV = 0;      // 实际速度值pid_v.err_V = 0;      // 当前次实际与理想的速度差pid_v.err_last_V = 0.0; // 上一次的偏差pid_v.integral_V = 0.0; // 积分值pid_v.Kp_V = 0.4;         // 比例系数0.1pid_v.Ki_V = 0;         // 积分系数pid_v.Kd_V = 0.02;         // 微分系数
}
float PID_Vy_realize(float V, float V_r)
{char flag = 1;pid_v.SetV = V;                                                                                                            // 固定位置值传入pid_v.ActualV = V_r;                                                                                                       // 实际电压传入 = ADC_Value * 3.3f/ 4096pid_v.err_V = pid_v.SetV - pid_v.ActualV;                                                                                  //计算偏差pid_v.integral_V += pid_v.err_V;                                                                                           //积分求和pid_v.result_V = pid_v.Kp_V * pid_v.err_V + pid_v.Ki_V * pid_v.integral_V + pid_v.Kd_V * (pid_v.err_V - pid_v.err_last_V); //位置式公式pid_v.err_last_V = pid_v.err_V;return pid_v.result_V;
}

注意：

位置参数通过摄像头采集小球确定位置

速度参数是通过摄像头采集到当前的位置与上一帧小球位置的差值再乘上帧数（粗略计算）

//部分控制程序temp = 0.4*PID_realize(56,x_data)+0.6*PID_Vx_realize(0, x_speed);//temp = Servo_Middle_X - temp;//Servo_Middle_X舵机中值if (temp <= Servo_Up_X){temp = Servo_Up_X;}else if (temp >= Servo_Down_X){temp = Servo_Down_X;}Servo_Control_1(temp);//控制舵机的函数也就是产生对应的PWM

链接: BiliBili视频最后10秒是比较好的效果.

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