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大神教你如何將PID輸出結果與PWM占空比一起玩起來

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ID:302252 發(fā)表于 2018-4-5 01:45 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
不論是智能車還是四軸飛行器，都會遇到占空比輸出影響并控制輸出端控制電壓得情況，如何將UK值與PWM占空比值對應起來，進而實現(xiàn)占空比輸出和輸出控制電壓對應？這里分享一些我的經(jīng)驗。

前提條件：（討論的是輸出控制的是電壓，不是PWM方波。而PWM輸出后要經(jīng)過濾波整形再輸出控制）輸出電壓控制電壓范圍是0-10V。給定、反饋、輸出電壓采樣輸入電壓范圍是0-5V（經(jīng)過運放）。使用單片機AD為10位AD芯片。那么10位AD芯片電壓采集得到的數(shù)據(jù)范圍就是0-1024。PWM為 8位可調占空比方波，0對應輸出占空比為0的方波，255對應輸出占空比100%的方波，127對應輸出50%的方波。
比如：當前給定是2.5V，反饋電壓是1V
那么經(jīng)過AD采樣1、給定2.5V對應為 5122、反饋1V對應為 205假定經(jīng)過PID計算得到的UK為400也就意味著輸出電壓應當為（400*（UPWM峰值電壓））/1024
那么UK對應的PWM占空比是多少呢？我們知道，UK=1024對應占空比為100，也就是PWM的占空比系數(shù)為255。可知，PWM系數(shù) = UK/4;那么400就應當對應系數(shù) 400/4=100。也就是輸出電壓=400*10/1024=3.9V
同時，由于采樣精度以及PWM輸出占空比精度控制的問題，將導致輸出電壓和期望值不是那么線性，所以，我在項目內(nèi)加入了輸出電壓采樣的控制。
采樣AD輸入為0-5V，所以，對于輸出0-10V有一個縮小的比例。輸出10V則采樣值對應為255輸出5V則采樣之對應127可知，3.9V對應AD結果為97采樣輸出電壓值，可以針對性的調整一下占空比輸出，從而得到誤差允許范圍內(nèi)的一個控制輸出電壓。
同時，經(jīng)過一些加速控制的手段。可以比較迅速的達到控制的目的。下文中的UK控制方法是針對增量式PID控制而來做的。

  1. void    PWMProcess(void)
  2. {
  3.     uint16 idata temp;
  4.     uint16 idata UKTemp;
  5.           temp = 0;
  6.     UKTemp = 0;
  7.     if( Pwm.ChangeFlag_Uint8 != 0 )   //判斷是否需要改變占空比
  8.                 {                  //是否需要改變占空比和你的被控系統(tǒng)特性有關
  9.                         Pwm.ChangeFlag_Uint8 = 0;
  10.                         UKTemp = PID.Uk_Uint16 + SwIn.AddValue_Uint16;//計算UK控制量
  11.                         //控制量和計算值以及一個開關量有關，我這里的開關量是系統(tǒng)需要的時候疊加在控制量上的一個變量。
  12.                         if(UKTemp>999)
  13.                         {
  14.                                 UKTemp = 999;
  15.                         } //這里只所以是999封頂而不是1024是因為我的系統(tǒng)PWM的峰值電壓是12V導致。
  16.                         while(1)//如果輸出電壓和期望電壓相差 Delta，則繼續(xù)調整占空比，直到在誤差以內(nèi)
  17.                         {
  18.                                 ADChPro(UPWMADCH);          //測量輸出電壓
  19.                                 if( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] == UKTemp)
  20.                                 {
  21.                                         return;
  22.                                 }
  23.                                 if( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] > UKTemp)   //如果當前電壓大于輸出電壓，減小占空比
  24.                                 {
  25.                                         if( ( ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp ) > UDELTA )
  26.                                         {
  27.                                                 temp = ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp;  //
  28.                                                 temp = temp / 2;       //下降可以加速下降，所以下降參數(shù)加倍  -----/*PWM的系數(shù)為UK/4*/
  29.                                                 if( Pwm.DutyCycle_Uint8 > temp )
  30.                                                 {
  31.                      Pwm.DutyCycle_Uint8 = Pwm.DutyCycle_Uint8 - temp;
  32.                                                 }
  33.                                                 else
  34.                                                 {
  35.                     Pwm.DutyCycle_Uint8 = 0;
  36.                                                 }
  37.                                         }
  38.                                         else
  39.                                         {
  40.                   return;
  41.                                         }
  42.                                 }
  43.                                 else           //如果當前電壓小于輸出電壓
  44.                                 {
  45.                                         if( ( UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] ) > UDELTA )
  46.                                         {
  47.                                                 temp = UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH];
  48.                                                 temp = temp / 4;  //上升處理不要超調，所以每次只+一半
  49.                                                 if( (255-Pwm.DutyCycle_Uint8) > temp )
  50.                                                 {
  51.                     Pwm.DutyCycle_Uint8 += (temp/2);
  52.                                                 }
  53.                                                 else
  54.                                                 {
  55.                     Pwm.DutyCycle_Uint8 = 255;
  56.                                                 }
  57.                                         }
  58.                                         else
  59.                                         {
  60.                   return;
  61.                                         }
  62.                                 }
  63.                                 DisPlayVoltage();
  64.                                 PWMChangeDuty(Pwm.DutyCycle_Uint8);  //改變占空比
  65.                                 Delay(10,10);
  66.                         }
  67.                 }
  68. }
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ID:484435 發(fā)表于 2019-8-1 09:41 | 顯示全部樓層
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ID:511461 發(fā)表于 2019-8-1 18:56 | 顯示全部樓層
謝謝樓主分享
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ID:603295 發(fā)表于 2019-12-8 01:13 | 顯示全部樓層
非常感謝樓主分享
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ID:299193 發(fā)表于 2020-3-11 01:12 | 顯示全部樓層
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ID:119977 發(fā)表于 2022-1-7 16:02 | 顯示全部樓層
也就是PWM的占空比系數(shù)為255   敢問255怎么計算出來的
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ID:347462 發(fā)表于 2022-1-8 13:29 | 顯示全部樓層
我把樓主的代碼重新格式化了下, 方便閱讀
  1. void PWMProcess(void)
  2. {
  3.     uint16 idata temp;
  4.     uint16 idata UKTemp;
  5.     temp = 0;
  6.     UKTemp = 0;
  7.     if (Pwm.ChangeFlag_Uint8 != 0)   //判斷是否需要改變占空比
  8.     {                  //是否需要改變占空比和你的被控系統(tǒng)特性有關
  9.         Pwm.ChangeFlag_Uint8 = 0;
  10.         UKTemp = PID.Uk_Uint16 + SwIn.AddValue_Uint16;//計算UK控制量
  11.         //控制量和計算值以及一個開關量有關，我這里的開關量是系統(tǒng)需要的時候疊加在控制量上的一個變量。
  12.         if (UKTemp > 999)
  13.         {
  14.             UKTemp = 999;
  15.         } //這里只所以是999封頂而不是1024是因為我的系統(tǒng)PWM的峰值電壓是12V導致。
  16.         while (1)//如果輸出電壓和期望電壓相差 Delta，則繼續(xù)調整占空比，直到在誤差以內(nèi)
  17.         {
  18.             ADChPro(UPWMADCH);          //測量輸出電壓
  19.             if (ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] == UKTemp)
  20.             {
  21.                 return;
  22.             }
  23.             if (ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] > UKTemp)   //如果當前電壓大于輸出電壓，減小占空比
  24.             {
  25.                 if ((ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp) > UDELTA)
  26.                 {
  27.                     temp = ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH] - UKTemp;  //
  28.                     temp = temp / 2;       //下降可以加速下降，所以下降參數(shù)加倍  -----/*PWM的系數(shù)為UK/4*/
  29.                     if (Pwm.DutyCycle_Uint8 > temp)
  30.                     {
  31.                         Pwm.DutyCycle_Uint8 = Pwm.DutyCycle_Uint8 - temp;
  32.                     }
  33.                     else
  34.                     {
  35.                         Pwm.DutyCycle_Uint8 = 0;
  36.                     }
  37.                 }
  38.                 else
  39.                 {
  40.                     return;
  41.                 }
  42.             }
  43.             else           //如果當前電壓小于輸出電壓
  44.             {
  45.                 if ((UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH]) > UDELTA)
  46.                 {
  47.                     temp = UKTemp - ADPool.Value_Uint16[UPWMADCH];
  48.                     temp = temp / 4;  //上升處理不要超調，所以每次只+一半
  49.                     if ((255 - Pwm.DutyCycle_Uint8) > temp)
  50.                     {
  51.                         Pwm.DutyCycle_Uint8 += (temp / 2);
  52.                     }
  53.                     else
  54.                     {
  55.                         Pwm.DutyCycle_Uint8 = 255;
  56.                     }
  57.                 }
  58.                 else
  59.                 {
  60.                     return;
  61.                 }
  62.             }
  63.             DisPlayVoltage();
  64.             PWMChangeDuty(Pwm.DutyCycle_Uint8);  //改變占空比
  65.             Delay(10, 10);
  66.         }
  67.     }
  68. }
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ID:61140 發(fā)表于 2022-5-18 12:43 | 顯示全部樓層
hewayking 發(fā)表于 2022-1-7 16:02
也就是PWM的占空比系數(shù)為255   敢問255怎么計算出來的

計算毛線,8位單片機輸出最大255,也就是一個字節(jié).比如P1輸出1111 1111B,也就等于255,還等于0xff.
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ID:440028 發(fā)表于 2022-5-20 11:49 | 顯示全部樓層
zhmingwang 發(fā)表于 2022-1-8 13:29
我把樓主的代碼重新格式化了下, 方便閱讀

這樣更方便初學者了
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