STM32Cubemax（⼗五）——串级PID以控制电机⾓度值为例STM32 Cubemax(⼗五) —— 串级PID以控制电机⾓度值为例网络广告监测系统
前⾔
很早前说要补的坑，今天补⼀下。之前介绍过单级的PID来控制电机的速度值，建议先看下⾯这篇⽂章，因为后⾯代码和这篇⽂章有关联！ ⽽这次，我们来讲解⼀下怎么控制电机的⾓度，如果⽤单级PID控制⾓度会有什么问题，为什么要⽤串级PID。
当然串级PID不只是可以控制电机的⾓度，如现在诸多的控制系统，倒⽴摆，风⼒摆，平衡⼩车等等，都是基于串级PID的控制。
口香糖电池⼀、单级PID控制电机⾓度
如果还⽤我们之前熟知的单级PID来控制⾓度值，我们很容易的可以得出以下框图。
看上去很完美，没有什么问题，但这⾥⾯最⼤的问题就在于单⽚机给电机的是PWM值（或者电压值）并不是直接给定电机旋转的⾓度值，⽽可以认为是经过⼀个函数变换f（PWM）得出的值。
废钯碳回收钯技术⽐如这⾥以⾓度为例，PWM输出的值，经过⼀个g（x）变换得到速度值，速度值经过h（x）（即积分）得到⾓度值，f（PWM）即为
h（g（x））。
根据上述分析可知，对于简单的系统来说，这个f函数的变换，可以⽤较好的PID参数来抵消掉其中的误差量。但当系统变的复杂，⽐如平衡⼩车中，控制的⾓度不仅是单纯电机的⾓度，⽽是车上的位姿姿态，这种时候f（x）就较为复杂！这种时候，⼗分难得到⼀个PID参数来使系统稳定。
所以当我们遇到控制问题时，先看看这个f函数，是不是属于我上述说的情况，来看看单级PID是否可以使⽤。
我们接下来引⼊串级PID来解决上述f函数出现的问题。
⼆、串级PID
其实单级PID来控制⾓度，出现的具体问题就是控制反馈不全导致的！ 以控制⾓度为例，其中最⼤的问题不在于h（x），因为h（x）相当于速度对时间的积分，问题在于g（x）的存在，输出的PWM会经过
g（x）得出⼀个不可控的速度值（因为存在电机阻尼，或者外届阻⼒等），那么此时经过h（x）得出的⾓度值，也不会如我们想控制的⼀样。
那么解决⽅案就很简单了，就是去控制这个速度值，使其输出的速度值是我们控制器想要得到的值即可了。我们容易得出下⾯框图。
这⾥我们加了⼀级速度级PID来控制电机的输出速度，外⾯外环仍然使⽤⼀级⾓度级PID来控制电机最终速度⾓度，这就是串级的意义。
矿用运人车其本质内涵，可以认为速度环的引⼊，相当于给系统增加了阻尼，即抑制了g（x）中因为电机阻尼，外界阻尼等因素的影响。
三、串级PID代码
其实如果看懂上⾯串级PID的框图后，代码编写也⼗分简单了，就是相当于计算两次单级PID，其中外
静压主轴
环⾓度环的⽬标值为设定的⾓度，反馈值为电机反馈的⾓度值，内环速度环的输⼊即为外环⾓度环的输出，反馈为电机反馈的速度值。 电机结构体
串级PID结构体
typedef struct _CascadePID
{
PID inner; // 内环速度环PID
PID outer; // 外环⾓度环PID
float output;
}CascadePID;
在电机中加⼊串级PID
typedef struct _Motor
{
int32_t lastAngle; //上次计数结束时转过的⾓度
int32_t totalAngle; //总共转过的⾓度
int16_t loopNum; //电机计数过零计数
float speed; //电机输出轴速度
float targetSpeed; //添加设定的⽬标速度
CascadePID anglePID; //串级PID
}Motor;
串级PID计算
//串级PID计算，参数为串级PID指针，⾓度⽬标值，⾓度返回值，速度返回值
void PID_CascadeCalc(CascadePID *pid,float angleRef,float angleFdb,float speedFdb)
{公交门
PID_SingleCalc(&pid->outer,angleRef,angleFdb); //外环⾓度环
PID_SingleCalc(&pid->inner,pid->outer.output,speedFdb); //内环速度环
pid->output=pid->inner.output;
}
串级PID初始化
即对内环和外环的参数进⾏初始化
PID_Init(&Motor.anglePID.inner,0,0.0,0,0,0);
PID_Init(&Motor.anglePID.outer,0,0,0,0,0,0);
然后外⾯只需要把Motor_Send⾥的单级PID计算更换成我们的串级PID计算，就完成了串级PID的计算，这⾥要解释⼀下就是这⾥我们⾓度的返回值，填的是totalAngle，即我们编码器总读出来的⾓度值，所以我们这⾥targetAngle是基于totalAngle上的累加值。
void Motor_Send(enum Mode mode)
{
float output = 0;
PID_CascadeCalc(&motor.anglePID, motor.targetAngle, alAngle, motor.speed);
output = motor.anglePID.output;
if(output > 0)
{
__HAL_TIM_SetCompare(&htim5, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t)output);
IN1(0);
IN2(1);
}
else
{
__HAL_TIM_SetCompare(&htim5, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t)(-output));
IN1(1);
IN2(0);
}
}
四、串级PID调参
我们编写完有关串级PID的代码程序后，就到了最关键的调参环节。我们采⽤的调参⽅式是按照内环稳定，再调外环的⽅式，由我们上述的分析也可知，只有内环速度环稳定后，⾓度环才有意义！
这⾥我们需要先利⽤上次的程序，把内环调好！！，是利⽤上次的函数，即只有单级PID控制速度的程序。
我们把单级速度环调好后，将参数填⼊串级PID的内环中，然后我们就可以开debug去调外环了。
外环的调节⽅式和内环其实是完全⼀致的，具体就不再阐述了，看上篇⽂章，先P再I，最后D，这些都是按⾃⼰的具体项⽬需求分析，看看到底⽤PI控制好，还是PD或者是PID控制效果好。
如果在调节外环的时候发现，不管怎么调都不理想，其中⼀个可能就是内环没有调好！！再次去精调内环的值。
总结
本⽂是根据⾃⼰的实际使⽤经历来写的，有可能有些地⽅表达不是很准确，如果有错误，请指正！整个代码放到gitee上了
