pid平衡小车hal库

### 使用STM32 HAL库实现PID控制的二轮自平衡小车 #### 定义PID控制器结构体 为了方便管理和调整PID参数，定义了一个`PID`结构体来存储比例、积分和微分系数以及其他必要的变量。 ```c typedef struct _PID { float kp, ki, kd; float err, lastErr; float integral, maxIntegral; float output, maxOutput; } PID; ``` 此结构体包含了用于计算PID输出所需的所有成员变量[^2]。 #### 初始化函数 初始化函数负责设置默认的KP、KI以及KD值，并可以在此处设定最大积分限幅值和其他初始条件。 ```c void PID_Init(void) { static PID speed_pid; speed_pid.kp = KP_speed; speed_pid.ki = KI_speed; speed_pid.kd = KD_speed; speed_pid.integral = 0; speed_pid.maxIntegral = 1000; // 防止积分饱和 } ``` 这里设定了速度环路中的PID参数并进行了简单的防积分饱和处理。 #### 编码器配置 对于编码器而言，在四分频模式下工作能够提供更高的测量精度。这有助于更精确地获取电机转速信息以便于后续的速度反馈调节。 ```c TIM_HandleTypeDef htimX; // X代表具体的定时器编号 htimX.Instance = TIMX; htimX.Init.Prescaler = 71; htimX.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htimX.Init.Period = 65535; htimX.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htimX.Init.RepetitionCounter = 0; if (HAL_TIM_Encoder_Init(&htimX, &sConfig) != HAL_OK) { Error_Handler(); } __HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htimX, 0xFFFF); HAL_TIM_Encoder_Start(&htimX, TIM_CHANNEL_ALL); ``` 上述代码展示了如何通过HAL库配置一个定时器作为增量式编码器接口使用[^1]。 #### 实现PID算法 核心部分在于编写实际执行PID运算的方法： ```c float Speed_PID_Realize(PID *pid, float target, float feedback) { pid->err = target - feedback; pid->integral += pid->ki * pid->err; if (pid->integral > pid->maxIntegral) { pid->integral = pid->maxIntegral; } else if (pid->integral < -pid->maxIntegral) { pid->integral = -pid->maxIntegral; } pid->output = pid->kp * pid->err + pid->integral - pid->kd * (feedback - pid->lastErr); if (pid->output > pid->maxOutput) { pid->output = pid->maxOutput; } else if (pid->output < -pid->maxOutput) { pid->output = -pid->maxOutput; } pid->lastErr = pid->err; return pid->output; } ``` 这段程序实现了标准的比例-积分-微分控制逻辑，并加入了防止过冲的安全措施。 #### 主循环中调用 最后，在主循环里定期读取传感器数据更新目标角度/位置并与当前状态做比较传入到上面提到过的`Speed_PID_Realize()`方法当中去驱动电机动作从而达到保持车身直立的效果。