1. 设计背景

在现代工业自动化与智能制造领域，电机作为动力核心部件，其调速控制的精准性、稳定性对设备运行效能与生产质量起着关键作用。PID 控制（比例 - 积分 - 微分控制）凭借原理简洁、适应性强、鲁棒性良好等优势，成为电机调速控制中应用最为广泛的技术之一。本次以电机调速为实践场景，开展 PID 控制技术的学习与实践，深入探究其原理、实现与优化，旨在掌握经典控制理论的工程应用方法，为后续复杂系统控制奠定基础。本报告将围绕学习过程、实践成果、技术思考等维度展开，系统总结 PID 控制电机调速的学习实践收获。

2.电路介绍

2.1、电源模块

1. 功能与作用

2. 典型电路组成

降压电路：若采用 220V 交流供电，通过变压器（或开关电源模块）降压，再经整流桥（如桥堆）将交流电转为脉动直流电，搭配电容滤波（大容量电解电容 + 小容量陶瓷电容），输出稳定低压直流（如 24V、12V ），给电机驱动模块供电。

稳压电路：从 24V/12V 中再降压稳压，输出 5V、3.3V 等，供控制器（STM32 最小系统板常用 3.3V ）、传感器（光电编码器可能需 5V ）使用。比如用 LM2596 降压模块输出 5V，或 L7805 线性稳压器（适合小电流、低成本场景），配合电容进一步滤除纹波。

3. 关键要点

功率匹配：需计算系统总功耗（控制器、驱动、传感器等耗电之和），选择功率足够的电源，避免带载能力不足导致电压跌落。

抗干扰设计：在电源输入、输出端增加二极管、电容，减少外界干扰窜入系统，保障控制电路稳定。

2.2、控制器模块（MSPM0G3507）

1. 功能与作用

采集转速反馈信号（编码器脉冲）；

根据设定转速与反馈转速计算偏差，执行 PID 运算；

输出 PWM 控制信号，调节电机转速；

通过串口、显示屏等实现参数调试、状态显示。

3. 关键要点

引脚复用与配置：需熟练配置 定时器、GPIO 模式，确保编码器捕获、PWM 输出功能正常；若涉及多任务（如同时处理通信、控制），合理使用中断、DMA 提升效率。

电磁兼容性（EMC）：在控制器 PCB 布局时，模拟地（如传感器输入）与数字地（芯片逻辑）分开铺铜，通过 0Ω 电阻单点连接，减少数字噪声干扰模拟信号采集。

2.3、电机驱动模块BDR6126

效率更高（发热少）、集成度更高（内置保护），但耐压范围更低，适合中小功率、高频 PWM 控制的电机（如 12V 直流减速电机）。

该电路围绕 BDR6126D（U2）构建电机驱动系统，MOTOR_VCC 为电路提供电源，经 C2（22μF）、C4（100nF）滤波后，为 BDR6126D 供电，其 BI、FI 引脚接收控制信号，BO、FO 引脚输出驱动信号；编码器信号 ENCODE - A、ENCODE - B 经 U3、U4（2.54mm - 6P ZZ）转接，通过 H1（2.54 - 1x6P 直针）与电机驱动关联，实现电机转速反馈与控制，保障电机按设定运行并反馈状态 。

2.4按键模块

该电路为按键输入模块，设有 KEY - UP、KEY - LEFT、KEY - RIGHT、KEY - DOWN、KEY - MID 共 5 个独立按键（U5 - U9 均为 ZX - QC66 - 8.5CJ 型号 ），每个按键一端经对应标识线（如 KEY - UP 连 A09 等 ）接控制器引脚，另一端接地；按键按下时，对应引脚电平会变化，可实现向上、向左、向右、向下、中间确认等输入功能，为系统提供人机交互的按键操作接口 。

3.软件设计

3.1pid介绍

• 比例（P）：直接放大当前偏差，加快响应速度，但过大易导致超调、振荡；
• 积分（I）：累积历史偏差，消除稳态误差，但可能引发积分饱和（响应滞后）；
• 微分（D）：预测偏差变化趋势，抑制超调、增强稳定性，但对噪声敏感。

3.2.PID代码介绍

电机 PID 调速控制系统，通过光电编码器获取速度反馈，利用增量式 PID 算法计算 PWM 输出，驱动 BDR6126 芯片控制电机正反转。系统包含速度 PID 初始化（Kp=35、Ki=6、Kd=10）、参数动态调整（支持 ±0.1 步进调节）、方向控制及限幅保护（PWM 范围 ±MOTOR_PWM_MAX），采用 80000*5 个系统时钟周期的延时控制刷新频率，实现电机转速的精准闭环控制。

4.总结

一、项目概述

二、硬件设计回顾

（一）电源输入电路

（二）按键输入电路

（三）电机驱动电路

三、软件算法实现

（一）PID 控制算法基础

（二）代码中的 PID 实现

1. 数据结构与初始化：定义 PID 结构体存储参数，speed_pid_init 函数完成初始化，设置 kp、ki、kd 等初始值，为 PID 运算奠定基础 。
2. 控制逻辑：motor_speed_control 函数为核心控制逻辑，获取目标转速与实际转速（编码器反馈），经 pid_calc 计算得到 PWM 控制量，根据正负控制电机正反转，实现转速调节。同时，通过延时控制刷新速度，保障系统稳定运行 。
3. 参数调整：set_speed_pid_parameter 函数支持对 PID 参数（P、I、D）及目标值的动态调整，按需求进行加减操作，且对参数下限做保护处理，方便调试优化控制效果 。

四、项目成果与不足

（一）成果

（二）不足

1. 参数自适应性：当前 PID 参数依赖手动调试，缺乏自适应性，面对复杂工况（如负载突变、环境变化），控制效果易受影响，需引入智能算法（如模糊 PID ）优化 。
2. 抗干扰能力：虽有基本滤波措施，但复杂环境下（如强电磁干扰），编码器信号、控制信号仍可能受干扰，导致转速波动，需强化滤波电路与信号调理设计 。
3. 系统集成度：硬件模块相对分散，可考虑集成化设计，缩小体积、降低功耗，提升系统可靠性与实用性 。

五、未来改进方向

1. 智能 PID 优化：研究模糊 PID、自适应 PID 等算法，结合工况实时调整参数，提升系统对复杂场景的适应能力 。
2. 抗干扰强化：优化电路布局，增加电磁屏蔽措施，改进信号滤波算法，降低干扰对系统的影响，保障转速控制精度 。
3. 功能拓展与集成：拓展系统功能，如增加多电机协同控制、远程通信调速等；推进硬件集成化设计，开发专用控制板，提升系统整体性能与实用性 。