Il programma di controllo PID Servo STM32 è un tutorial di debug anti-shake semplice e facile da comprendere

Ti capita spesso di incontrare questa situazione quando giochi conservos: vuoi che il gimbal sia puntato stabilmente verso il bersaglio, ma continua a tremare; oppure vuoi che ruoti secondo un angolo specifico, ma non riesce sempre a girare sul posto? Questo è in realtà un tipico controllo PID che non è regolato correttamente. Molti amici che non conoscono STM32 pensano che il PID sia troppo complicato. In realtà, si tratta di un insieme di metodi matematici che ci aiutano a risolvere "come realizzare ilservoobbediente". Oggi parleremo di come utilizzare STM32 per scrivere un programma PID in grado di eseguire il fileservorispettare accuratamente le istruzioni, assicurandosi di poterle comprendere e utilizzare.

Cos'è esattamente il controllo PID?

In poche parole, il PID è come un "correttore" super intelligente. Immagina di afferrare un oggetto in movimento con le mani. I tuoi occhi vedono la posizione dell'oggetto (valore di feedback). Il tuo cervello calcolerà dove si trova l'oggetto e quanto velocemente si sta muovendo, quindi dirigerà la mano per regolarlo (output). Questo è ciò che fa il PID. Calcola la differenza tra la posizione target e la posizione effettiva corrente in tempo reale, quindi indica quanta forza utilizzare per correggere la differenza. P è la proporzione, che determina l'intensità della correzione; I è integrale, il che ti aiuta a eliminare gli errori accumulati a lungo termine; D è differenziale, che può rilevare in anticipo le tendenze in cambiamento e prevenire il superamento.

Perché il mio servo continua a vibrare?

Questo è il problema più fastidioso. Nella maggior parte dei casi, ciò è dovuto al fatto che il valore P è regolato troppo in alto. Il controllo proporzionale è come quando guidi e vedi un'auto davanti a te, il valore P determina la forza con cui premi l'acceleratore. Se P è troppo grande, schiaccerai l'acceleratore non appena vedrai che la distanza è un po' lontana e supererai il limite. Poi schiacci i freni. Se vai avanti e indietro in questo modo, l'auto oscillerà avanti e indietro. Lo stesso vale per il servo. Se P è troppo grande, lo farà oscillare avanti e indietro nella posizione target. A questo punto, è necessario ridurre opportunamente P, o introdurre il controllo differenziale D. D può svolgere un ruolo di "smorzamento", sopprimere questa oscillazione e rendere stabile la scatola dello sterzo.

È difficile scrivere il programma PID per STM32?

Non è difficile. Il codice principale è in realtà solo poche righe. È necessario innanzitutto definire tre parametri (Kp, Ki, Kd) e diverse variabili (valore target, valore corrente, ultimo errore, termine integrale). Nel ciclo principale, la posizione corrente del servo viene letta continuamente (solitamente il valore ADC restituito dal potenziometro), quindi viene calcolato l'errore. Termine proporzionale P = erroreKp. Termine integrale I = termine integrale cumulativo + erroreKi, che può aiutarti a compensare lentamente le piccole deviazioni causate dall'attrito e da altri motivi. Termine differenziale D = (errore attuale - ultimo errore) * Kd. Infine, il valore PWM di uscita = P + I + D. Assegna il valore PWM calcolato al timer per far ruotare il servo. Questo completa il controllo a circuito chiuso più basilare.

Quale dovrei usare, posizionale o incrementale?

Per il controllo dello sterzo, solitamente utilizziamo il PID posizionale. Il PID posizionale calcola la posizione assoluta (ciclo di lavoro PWM) che vuoi eventualmente dare al servo. È intuitivo e facile da capire. Ti dice letteralmente "Ora dovresti andare in questa angolazione". Il PID incrementale calcola la "modifica" dell'uscita corrente rispetto all'uscita precedente. È adatto per scenari come i motori passo-passo che richiedono un controllo preciso del numero di passi effettuati ogni volta. Ciò che ci interessa quando controlliamo il servo è dove si ferma, non come va, quindi il PID posizionale è più in linea con le esigenze e l'implementazione del codice è più semplice e non è soggetta a problemi di saturazione integrale.

Come faccio a salvare i parametri che ho modificato?

Hai lavorato duro tutto il pomeriggio e finalmente sei riuscito a rendere stabile il servo. Non puoi ripristinarlo ogni volta che va via la corrente, giusto? Ciò richiede l'utilizzo della simulazione Flash interna di STM32 o il collegamento di un chip esterno. Nel programma è possibile definire come strutture i tre parametri regolati Kp, Ki e Kd. Una volta completato il debug, la funzione di salvataggio viene attivata premendo un pulsante e i dati di questa struttura vengono scritti nell'indirizzo Flash specificato. Al successivo avvio del sistema, leggere i dati da quell'indirizzo nel codice di inizializzazione e assegnarli ai tre parametri del PID. In questo modo, i parametri vengono salvati quando l'alimentazione viene spenta e i risultati del debug vengono conservati per sempre.

Come posso rendere la risposta del mio servo più veloce e più stabile?

Ciò richiede l'uso del trucco della "separazione integrale". Con il PID tradizionale, quando il tuo servo inizia a ruotare e l'errore di posizione è ampio, il termine integrale accumulerà disperatamente un valore elevato. Quando il servo sta per avvicinarsi al target, questo enorme valore integrale produrrà un grave "overshoot", causando il superamento del servo. La soluzione è fissare una soglia. Ad esempio, quando l'errore è maggiore di 50 gradi, cancelliamo il termine integrale I e ne impediamo il funzionamento. Solo quando l'errore è inferiore a 50 gradi e il servo è quasi a posto, lasciamo che intervenga il termine integrale I per eliminare l'ultima piccola differenza statica. Ciò garantisce sia un avvio rapido che la precisione quando è in posizione.

Ok, per quanto riguarda il programma PID per il controllo STM32 del servo, le idee e i passaggi fondamentali sono probabilmente questi. Quando si esegue effettivamente l'ottimizzazione, l'ottimizzazione dei parametri è un processo che richiede pazienza e potrebbe richiedere più tempo rispetto alla scrittura del codice stesso. Non so se preferisci utilizzare il PID posizionale quando lavori su un progetto o hai provato altri algoritmi di controllo più intelligenti? Benvenuto per condividere la tua esperienza nell'area commenti. Se ritieni che questo articolo ti sia utile, non dimenticare di metterlo mi piace, salvarlo e inoltrarlo a più amici che giocano ai servi!