电机-5-[无刷直流电机]速度闭环控制实验

速度的PI控制

本实验中，只用到PI参数，D没有用到。速度目标值来自于电位器ADC采样值，实际速度测量值来自于定时器2的输入捕获中断中计算得到。输入捕获中断时间间隔=电机转了60°电角度所需时间=（TIM2->CCR1）时钟周期；所以实际速度 Speed_rel = K_SPEED/TIM2->CCR1；K_SPEED=HCLK/(6*POLE_PAIRS)60。本实验主时钟HCLK默认为170MHz，电机极对数POLE_PAIRS为2（电机旋转机械角度一周=360°*2的电角度=12次中断时间）。

PID控制如下公式：Kp 为比例系数，TI 为积分项时间常数，TD 为微分项时间常数，u(t) 为PI的输出，e(t) 为输入量与参考值的误差。

实际电机控制中常用PI控制器，D一般不用。
speed_err = speed_ref -speed_rel → PI→ pwm_value

实验步骤

定义需要的PI变量

float ek;//PI控制误差
float Kp=-1;//比例系数，采用的PWM2模式，当定时器计数值（0-8500）大于ccr时，输出有效电平1，所以ccr值越大，则占空比越小；
float Ki=-0.05f;//积分系数
float sum_eki;//累计积分值
float sum_eki_limit=8500;//ARR值设置为8500，CCR的值范围0-8500
float uk;// 计算出的pi的控制量
float speed_rel=0;//实际速度
float speed_ref;//目标速度

添加速度PI控制代码：

speed_ref = adc_value;//设置目标速度0-4095 rpm;

//速度环的PI调节;
ek=speed_ref - speed_rel;//计算速度误差
sum_eki+=Ki*ek;//误差积分计算
    if(sum_eki>sum_eki_limit)
sum_eki=sum_eki_limit;
    if(sum_eki<-sum_eki_limit)
sum_eki=-sum_eki_limit;
uk=sum_eki+Kp*ek;//PI 计算

//输出限幅：ARR值设置为8500，CCR的值范围0-8500
if(uk>sum_eki_limit) uk=sum_eki_limit;
    if(uk<0) uk=0;
pwm_value=uk;//根据PI结果值调节PWM占空比

1. speed_ref = adc_value：用电位器 ADC 值，设定电机期望转速。
2. ek=speed_ref - speed_rel：算误差，实际转速比目标慢时 ek>0，PI 输出增大，PWM 占空比提高，加速。
3. sum_eki += Ki*ek：积分项，消除静差（解决电机稳速后有固定转速差）。
4. 两个if：积分限幅，防止积分值累积过大（积分饱和），避免超调、失控。
5. uk=sum_eki+Kp*ek：PI 输出。
6. 输出限幅：保证uk ∈ [0, sum_eki_limit]，不能是负数，同时上限封顶；最终赋值给pwm_value，送到霍尔换相 switch 里面，控制 PWM 占空比调速。