代码收藏家技术教程 2024-09-21

【STM32】VOFA上位机PID参数调优指南

【STM32】VOFA+上位机 PID调参

前言

VOFA+

简介

VOFA+配置

VOFA+动态调节PID参数

VOFA+控件

STM32解析数据包

PID参数整定

一般调节法

临界比例法

试凑法

前言

参考文章如下：VOFA+使用说明
使用VOFA+上位机进行PID调参
PID参数整定

VOFA+

VOFA+是一款简单易上手的上位机调试软件（超级串口助手），可以动态调节PID参数，直观的显示数据的变化曲线
建议先把官方文档看一遍VOFA+官方文档

简介

VOFA+支持3种数据流方式：FireWater、JustFloat、RawData

FireWater：编程类似 printf，但字符串解析消耗资源，适用于通道少、发送频率低的场景。
JustFloat：以小端浮点数组形式传输，适合通道多、频率高的场景。
RawData：不进行采样数据解析，类似普通串口助手。

VOFA+配置

使用FireWater字节流协议

FireWater字节流协议
使用说明

FireWater遇到换行才会打印数据，可自行选择加或不加标签 < any >

以打印电机转速为例

PRINTF_PC("speed_r:%f,%f\n",wheel_rpm_Ref_R,wheel_rpm_Fdb_R);

标签：speed_r
ch0数据：wheel_rpm_Ref_R
ch1数据：wheel_rpm_Fdb_R

打开波形图

** 填充 **

VOFA+动态调节PID参数

VOFA+控件

拖拽出来

添加命令

命令和命令组的区别是，命令组是一系列连续的命令，命令是单步命令。我们目前使用命令就行

编辑命令

一会儿着重讲一下如何解析VOFA+发送的数据包

根据所需，设置控件指令的最值、步进、发送模式等等

STM32解析数据包

数据包是以什么形式发送的？
以 VOFA+ 发送 “PR=2.32!” 为例，每个字符会被转换为对应的 ASCII 码并以二进制数的形式发送。例如，“PR=2.32!” 被解析为 ASCII 码：80 82 61 50 46 51 50 33，再以二进制数值发送

解析思路

找到有效数据的开始（=）和结束（!）索引
提取等号与感叹号之间的字符，将其存入 valueStr
将 valueStr中的字符串转换为浮点数
根据头两个字符（如 PR），将浮点数赋值给相应的 PID 参数

代码示例

//入参：字符串数组(存储ascii码数组)的地址 ; 字符串数组的长度
void get_PIDdata(uint8_t *data, uint16_t size)
{
	int startIdx,endIdx;		//定义有效数据的起始索引和结束索引
	char valueStr[10] = {0}; 	//定义有效数据对应的字符串
	float PIDpara;				//
	
	if(data[size-1] == '!')		//当最后一位为字符'!'(说明下，==进行判断时，两端都必须是数值，也即左侧会解析为数值(uint8_t数组的值)，右侧也会解析为数值(字符'!'对应的ascii值)
	{
		//找到 '=' 的索引
		for(int i=0;i<size;i++)
		{
			if(data[i] == '=')
			{
				startIdx = i + 1;	//找到有效数据起始索引
				break;
			}
		}
		//找到 '!' 的索引
		for (int i = startIdx; i < size; i++)
        {
            if (data[i] == '!')
            {
                endIdx = i;		//找到有效数据结束索引
                break;
            }
        }
		//提取 '='与'!'之间的数值
		if (startIdx > 0 && endIdx > startIdx)
		{
			strncpy(valueStr, (char*)&data[startIdx], endIdx - startIdx);	//将有效数据长度的字符从data源字符串中拷贝到valueStr字符串中
			valueStr[endIdx - startIdx] = '\0';	//将valueStr字符串尾部补上'\0'，作为字符串结束标志
			PIDpara = atof(valueStr);		//将字符串转换为浮点数("2.32"-->2.32)
		}
		// 设置左右电机的PID参数
		if (data[0] == 'P' && data[1] == 'L')
		{
			speed_pid_L.kp = PIDpara;
			PRINTF_PC("L_KP = %.3f\n", speed_pid_L.kp);
		}
		else if (data[0] == 'I' && data[1] == 'L')
		{
			speed_pid_L.ki = PIDpara;
			PRINTF_PC("L_KI = %.3f\n", speed_pid_L.ki);
		}
		else if (data[0] == 'D' && data[1] == 'L')
		{
			speed_pid_L.kd = PIDpara;
			PRINTF_PC("L_KD = %.3f\n", speed_pid_L.kd);
		}
		else if (data[0] == 'M' && data[1] == 'L')
		{
			speed_pid_L.maxIntegral = PIDpara;
			PRINTF_PC("L_MaxIntegral = %.3f\n", speed_pid_L.maxIntegral);
		}
		else if (data[0] == 'P' && data[1] == 'R')
		{
			speed_pid_R.kp = PIDpara;
			PRINTF_PC("R_KP = %.3f\n", speed_pid_R.kp);
		}
		else if (data[0] == 'I' && data[1] == 'R')
		{
			speed_pid_R.ki = PIDpara;
			PRINTF_PC("R_KI = %.3f\n", speed_pid_R.ki);
		}
		else if (data[0] == 'D' && data[1] == 'R')
		{
			speed_pid_R.kd = PIDpara;
			PRINTF_PC("R_KD = %.3f\n", speed_pid_R.kd);
		}
		else if (data[0] == 'M' && data[1] == 'R')
		{
			speed_pid_R.maxIntegral = PIDpara;
			PRINTF_PC("R_MaxIntegral = %.3f\n", speed_pid_R.maxIntegral);
		}
	}
}

PID参数整定

注意，在一般的控制系统中，只用pi或pd就能满足需求

一般调节法

① 设定比例系数（P）：将积分和微分系数置零，系统设为比例控制，将输出设为最大值的 60%-70%，逐步增大比例系数至系统振荡，再减小至振荡消失，设定为此时比例系数的 60%-70%。
② 设定积分系数（I）：在确定比例系数后，设定较小的积分系数，逐步增大至系统振荡，再减小至振荡消失，设为此时积分系数的 55%-65%。
③ 微分系数（D）：通常为 0。如果系统有小幅振荡，通过 P、I 无法优化，可按相同方法调整 D，设为系统不振荡时的 30%。
联调：系统空载、带载联调，并对 PID 参数进行微调。
建议：PID 的 P 是必须的，通常只使用两个参数组合（如 PI 用于稳定系统，PD 用于快速响应），三个参数更难调，通常前两个参数已足够。