STM32如何实现TB6612电机驱动的PID控制

news2024/10/5 9:15:27

在嵌入式系统中，精确控制电机的速度和位置是至关重要的。TB6612是一款常用的双通道电机驱动IC，而STM32是一款流行的微控制器。结合两者可以实现精确的电机控制。本文将详细介绍如何使用STM32实现TB6612电机驱动的PID控制。

一、TB6612电机驱动器简介

TB6612是一款双通道H桥电机驱动器，它支持最高±2.5A的电机驱动电流。TB6612具有两个独立的通道，可以分别控制两个电机的正反转和速度。

二、PID控制原理

PID控制是一种常见的反馈控制方法，它通过计算误差（目标值与实际值之差）及其积分和微分，来调整控制量，从而达到控制目标。

三、硬件连接

STM32与TB6612的连接：
- STM32的PWM输出引脚连接到TB6612的PWM输入引脚。
- STM32的DIR输出引脚连接到TB6612的DIR输入引脚，用于控制电机方向。
- TB6612的VM和GND分别连接到电源和地。

四、软件实现

4.1 初始化PWM和DIR引脚

首先，需要配置STM32的GPIO引脚作为PWM输出和DIR控制。

void Motor_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    TIM_HandleTypeDef htim;

    // 使能GPIO和TIM时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    // 配置PWM引脚
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 配置DIR引脚
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    // 初始化TIM2
    htim.Instance = TIM2;
    htim.Init.Prescaler = 0;
    htim.Init.CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    htim.Init.Period = 1000 - 1; // PWM频率为1kHz
    htim.Init.ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim);

    // 初始化PWM通道
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &PWM_ChannelConfig, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim, &PWM_ChannelConfig, TIM_CHANNEL_2);
}

4.2 PID控制实现

实现PID控制需要定义PID结构体和相关函数。

typedef struct {
    float Kp;
    float Ki;
    float Kd;
    float target;
    float actual;
    float err;
    float err_last;
    float integral;
} PID_TypeDef;

void PID_Init(PID_TypeDef* pid, float Kp, float Ki, float Kd) {
    pid->Kp = Kp;
    pid->Ki = Ki;
    pid->Kd = Kd;
    pid->target = 0;
    pid->actual = 0;
    pid->err = 0;
    pid->err_last = 0;
    pid->integral = 0;
}

float PID_Calculate(PID_TypeDef* pid, float actual) {
    pid->actual = actual;
    pid->err = pid->target - actual;
    pid->integral += pid->err;
    float derivative = pid->err - pid->err_last;
    float output = pid->Kp * pid->err + pid->Ki * pid->integral + pid->Kd * derivative;
    pid->err_last = pid->err;
    return output;
}

4.3 电机控制

根据PID输出控制电机的速度。

void Motor_Control(float speed_left, float speed_right) {
    TIM2->CCR1 = (uint16_t)(speed_left * 1000); // 左电机速度
    TIM2->CCR2 = (uint16_t)(speed_right * 1000); // 右电机速度

    // 设置电机方向
    GPIOA->BSRR = (speed_left >= 0) ? GPIO_BSRR_BSRR2 : GPIO_BSRR_BRR2;
    GPIOA->BSRR = (speed_right >= 0) ? GPIO_BSRR_BSRR3 : GPIO_BSRR_BRR3;
}

4.4 主循环

在主循环中，根据需要调整PID目标值，并调用Motor_Control函数。

int main(void) {
    HAL_Init();
    Motor_Init();

    PID_TypeDef pid_left;
    PID_Init(&pid_left, 1.0, 0.0, 0.5);

    while (1) {
        float actual_speed = Get_Motor_Speed(); // 获取实际速度
        float output = PID_Calculate(&pid_left, actual_speed);
        Motor_Control(output, output); // 控制电机
        HAL_Delay(10);
    }
}