用stm32单片机对舵机的pid控制

Question

6自由度机械臂用了一个亚博智能16路的舵机驱动模块，现在可以实现控制每一路输出不同pwm波来控制机械臂运动。现在的问题是机械臂上面的舵机反应速度很快。舵机是用的数字舵机ds3115那种的，180度。网上说控制舵机速度要用pid算法，我现在用的不是stm32定时器的pwm信号，而是stm32单片机的iic通信让舵机驱动模块输出pwm波控制机械臂上的舵机的。请问stm32f103要怎么设计程序实现和驱动模块联合去搞pid算法去控制舵机转速呢，就是想控制机械臂流畅地运动，请教一下有用过这个驱动模块并实现机械臂控制的技术者

Answer 1

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STM32F103 与 YAHBOOM 16路舵机驱动板实现机械臂PID控制

以下是使用 STM32F103 和 YAHBOOM 16路舵机驱动板，通过 I2C 通信和 PID 算法控制舵机速度，实现机械臂流畅运动的解决方案：

1. 硬件连接:

• 将 YAHBOOM 舵机驱动板的 SDA 和 SCL 引脚连接到 STM32F103 的 I2C 引脚。
• 将舵机驱动板的 VCC 和 GND 连接到 STM32F103 的电源和地。
• 将舵机连接到舵机驱动板的对应通道。

2. 软件设计:

2.1 初始化:

• 初始化 STM32F103 的 I2C 模块，设置波特率等参数。
• 初始化 YAHBOOM 舵机驱动板，设置舵机控制模式为 PWM 控制。
• 定义每个舵机的目标角度变量和实际角度变量。

2.2 PID 算法实现:

// 定义 PID 参数
float Kp = 1.0; // 比例系数
float Ki = 0.1; // 积分系数
float Kd = 0.05; // 微分系数

// 定义 PID 变量
float pre_error = 0.0; // 上一次误差
float integral = 0.0; // 积分值

// PID 控制函数
float pid_control(float target_angle, float current_angle) {
  // 计算误差
  float error = target_angle - current_angle;

  // 计算积分值
  integral += error;

  // 计算微分值
  float derivative = error - pre_error;

  // 计算 PID 输出值
  float output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;

  // 更新上一次误差
  pre_error = error;

  // 返回 PID 输出值
  return output;
}

2.3 控制循环:

• 读取每个舵机的实际角度值。
• 调用 PID 控制函数，计算每个舵机的控制量。
• 将控制量转换为 PWM 信号，并通过 I2C 发送给舵机驱动板。
• 延时一段时间，例如 10ms。
• 重复步骤 2.3.1 - 2.3.4，形成闭环控制。

2.4 示例代码:

#include "stm32f10x.h"
#include "i2c.h"
#include "yahboom_driver.h"

// 定义舵机数量
#define SERVO_NUM 6

// 定义舵机目标角度
float target_angle[SERVO_NUM] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0};

// 定义舵机实际角度
float current_angle[SERVO_NUM] = {0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0};

int main(void) {
  // 初始化 I2C 和舵机驱动板
  I2C_Init();
  YahboomDriver_Init();

  // 设置舵机目标角度
  // ...

  while (1) {
    // 读取舵机实际角度
    for (int i = 0; i < SERVO_NUM; i++) {
      current_angle[i] = YahboomDriver_GetAngle(i);
    }

    // PID 控制
    for (int i = 0; i < SERVO_NUM; i++) {
      float output = pid_control(target_angle[i], current_angle[i]);

      // 将控制量转换为 PWM 信号
      int pwm = (int)(output * 1000 / 180);

      // 发送 PWM 信号给舵机驱动板
      YahboomDriver_SetPWM(i, pwm);
    }

    // 延时
    delay_ms(10);
  }
}

3. 调试和优化:

• 调整 PID 参数，使机械臂运动流畅，无明显震荡。
• 可以使用上位机或串口调试助手实时监控舵机角度和 PID 控制量。
• 可以根据实际应用场景，优化控制算法，例如加入速度规划和轨迹规划等。

注意:

• 以上代码仅供参考，实际应用中需要根据硬件和软件环境进行修改。
• 需要根据舵机驱动板的具体型号和控制协议编写 I2C 通信函数和舵机控制函数。
• PID 参数的调整需要经验和实验，可以参考相关资料和教程。

希望以上信息能够帮助您实现 STM32F103 与 YAHBOOM 16路舵机驱动板的联合 PID 控制，实现机械臂的流畅运动。