基于C#的STM32位置速度PID双闭环系统调参、仿真与数字孪生设计

简介：
本项目采用C#开发环境，针对STM32微控制器构建了一个集成位置和速度控制的PID双闭环控制系统。通过软件模拟实现参数优化及性能验证，并引入数字孪生技术增强系统分析与可视化效果。 单独的PID闭环控制可能不足以满足要求，因此需要采用位置速度双闭环控制系统。这是一个嵌套的闭环结构，在这种系统中首先通过位置环计算出结果，并将该结果作为速度环的输入，最终得到用于控制直流电机占空比的数据。 外环的位置控制器包括设定目标位置和反馈运动位置两个输入量、以及kP（比例系数）、kI（积分系数）和kD（微分系数）三个设置参数。它的输出会成为内环速度PID控制器的输入值。 作为内环控制的速度PID，其包含来自外部的目标值及自编码器提供的实时速度反馈信息这两个输入变量；同样地也有kP、kI 和 kD 三组设定参数，并且有一个计算后的输出量直接用于MCU占空比调控。通过调节比较寄存器的数值来实现对电机转速的具体控制。 为了确保电机运行平稳，我们在PID速度闭环中加入了限速设置值。这样的双闭环控制系统需要更多的参数调整和配置工作，因此我们设计了一个专门针对STM32位置速度PID双闭环系统的上位机程序用于实时监控系统状态并进行PID调参操作。