TI训练营-简易PID项目

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## 项目简介 本项目是基于MSPM0G3507(立创天猛星)的电机控制实验板，速度环，转速环双环串级PID控制。电流环预留功能。

1 项目功能

• UI绘制
• Flexible按键库扫描
• 波形显示
• 电机PID控制

2 原理解析（硬件说明）

2.1 输入防反接

输入使用NCE30P30K做防反接MOS，当Vgs<-1.6V时,MOS正向导通

（1）数据手册

1.栅极源极能承受耐压30V
2.持续漏极电流30A
（2）并联多电容，降低电容的寄生电阻，提高系统稳定性

2.2 电机驱动A4950

（1）A4950芯片带有限流保护措施
a.应用：只需要在芯片LSS和接地之间放置一个低阻值电阻
b.原理：低阻值电阻与VREF/10作比较，当电阻上电压大于VREF/10时，所有桥臂强制关断，由二极管续流,通过这种方法限制电流，类似运动控制系统中学到的，电流截止负反馈，因此此限的效果是比ACR电流调节器差的

芯片原理图

（2）

上图中两种调制方式电流纹波不同，是由于电流续流路劲的不同造成的
电流续流路径的不同导致 快衰减（Fast Decay） 和 慢衰减（Slow Decay）

（a）红色左半部分特征为：一个PWM信号，一个0信号，得到的电流波形为脉动程度较大的
（b）红色有半部分特征为：一个PWM信号，一个1信号，得到的电流波形为脉动程度较小的

续流路径全为二极管回路时，电流续流路劲阻抗小，电流下降速度快，纹波大。

续流路径为二极管回路和MOS导通阻抗，电流续流路劲阻抗大，电流下降速度慢，纹波小。

(3)参考PCB LAYOUT

2.3 电流传感器INA199x1(预留电流环功能)

(1)原理解析
由于磁传感器的价格过于昂贵，所以本项目采用的传感器为运算放大器搭建的加法电路
带宽：80kHZ
增益: 50

可得到输出

Vo = 50 * (deltaV)+Vref

3. 软件代码

3.1 程序框架

3.1.1 后台定时器任务

• 按键刷新，按键状态检测->绑定事件回调函数，刷新静态UI
• 编码器数据读取

3.1.2 前台任务：执行高速任务while(1)

• 波形绘制、PID计算
• 参数页长按按键调参
• PID参数显示

3.2 重点代码解析

• 开源按键库（Flexible）
  https://github.com/murphyzhao/FlexibleButton

1. 在20ms定时器中判断任务是否使能(防止打断SPI通信、PID计算)

    if(get_task_status() ==  TASK_ENABLE)
    {//防止前台绘制波形时按键扫描打断SPI通信
        flex_button_scan();
    }

2. 每个按键绑定回调函数，不同事件有不同回调，静态UI在此显示,动态UI改变标志位在while(1)循环中做处理

void btn_up_cb(flex_button_t *btn)
{
    switch(btn->event)
    {
        case FLEX_BTN_PRESS_CLICK://单击事件
            break;
        case FLEX_BTN_PRESS_LONG_HOLD://长按抬起事件
            break;
        case FLEX_BTN_PRESS_LONG_HOLD_UP://长按保持事件
            break;
        default:
            break;
    }

}

• 绘制波形函数

uint16_t draw_speed_curve(int window_start_x,int window_start_y,int window_w,int window_h,int curve_color,int background_color,short int rawValue)  

• UI状态机管理
  不同状态下对事件改变状态机

/**
 * @brief:
 * @parameter:statuss:    状态
 * @parameter:Event:      事件
                    ->ENTER_EVENT
                    ->QUIT_EVENT
                    ->MOTOR_EVENT
                    ->LONG_PRESS_ADD_START_EVENT
                    ->LONG_PRESS_SUBTRACT_START_EVENT
                    ->LONG_PRESS_END_EVENT
*/
void event_manager(SystemStatus *status, SystemEvent Event)

• PID计算

typedef struct
{
  float kp, ki, kd; 						      // 三个静态系数
  float change_p, change_i, change_d;	          // 三个动态参数
  float error, last_error; 						  // 误差、之前误差
  float max_change_i; 							  // 积分限幅
  float output, max_output; 				      // 输出、输出限幅
  int target;                                     // 目标
}PID;


//串级PID的结构体，包含两个单级PID
typedef struct
{
    PID inner; //内环
    PID outer; //外环
    float output; //串级输出
}CascadePID;

注意事项

• 编码格式导致出错问题(encoding = GB2312)
  https://blog.csdn.net/xu_duoduo/article/details/150607845?spm=1001.2014.3001.5501

实物图

图1：3D结构图俯视图 图2：3D结构图侧视图 图3：运行视图