最近用到了大疆的直流无刷（BLDC）减速电机M3508和M2006。做RoboMaster比赛的同学应该对它们很熟悉，这两款电机质量都不错，配套电调C620、C610功能强大，应用场景广泛。当然价格不算低。

我作为第一次接触电机控制的新手，在搜索PID和三环控制资料的时候常常得到的是一些理论论述，而且千篇一律。虽然PID是较为简单的控制算法，新人上手难度还是有些大。那么我就彻彻底底地回顾一下搭建最简单的电机控制算法的流程。提供一个新的理解视角。

本文依托大疆官方M2006电机例程，其与M3508电机配套例程在CAN通信驱动、PID等核心部分基本相似甚至可以直接替换（M2006例程里的一些文件注释写的是3508）。最大的不同就是M3508使用了FreeRTOS实时系统，这一点并不方便我们的学习。而2006就是裸机前后台，非常简单明晰。

例程均是基于Keil 、STM32F429（我使用407）、HAL库

例程下载：M2006例程、M3508例程

2021/7/23： 第一次接触这两款电机或者CAN通信的朋友可以看第二篇文章： 大疆M3508、M2006必备CAN总线知识与配置方法 2021/10/12： 需要F1版本的可以看下第三篇文章，记录了移植遇到的玄学问题 M3508电机控制程序的F1移植过程 2022/2/2: ESP32控制大疆电机，CAN总线使用与蓝牙BLE ESP32:蓝牙BLE控制M3508

我们都知道PID应用广泛，效果良好，在网上能搜到大量生动形象的文章。这些文章讲述了比例、积分、微分有什么用处和缺陷，什么是死区，并且配有动态曲线图来展示调参效果。但是举的例子往往是这样：一个水缸要固定水位，加水量是输出，反馈是水位之差。我当时看过好多类似文章之后还是不明白怎么把PID应用于更复杂的系统,比如电机控制。

比如在电机上，常用的就是***三环控制***：电流环、速度环、位置环。

三环层层递进并且具有因果关系。

这个关系非常好理解，通过电磁学知识我们知道电机能转是因为有电流产生磁场。所以，电流是电机转动的根本原因，也就是：

中学物理也讲过，（角）速度是描述运动的物理量，包括方向、大小。如果希望控制速度，比如定速转动，那就也要控制电流。再进一步，运动能改变物体位置，如果想确定达到某个位置那就控制速度。然而控制速度归根结底是控制电流。得出：

不难发现，很多例子像水缸加水和直升机定高，他们都是直接的位置环，输出量是加水的速度和向上飞的升力。没有底层的两环。

接下来我们以M2006例程为例子看一看怎么实现上述过程。

先说明，M3508支持PWM和CAN两种控制方式，其中PWM可以直接控速但是没有数据反馈。M2006仅支持CAN总线。两种电机的总线编码都是从0x200开始，驱动文件bsp_can.c和can.c几乎一样可以替换。

本文仅介绍PID的部署实现，不涉及CAN通信内容。

总结下来，PID就是一个结构体三个函数。

注意：为了简单明晰，我删去了原文件里一些用不到的参数，最后三个函数指针的参数列表也被删除。其中不乏很重要的计算周期，但是在简单的控制下，时间间隔是可以忽略的。

这个结构体的核心就是三个系数，调参调的也就是这三个。

target目标值和output输出值还有measure反馈值，再就是err和last_err两个误差。

其他的一些限幅，和死区[^2]无非就是防止问题发生的补丁。

名副其实，分别是结构体的参数初始化，三个系数修改、最重要的输出值计算。

这是计算函数，我们要把实时测量值measure传入函数，用来更新误差，产生新的输出。

measure是电机发来的速度或者位置数据，在CAN中断函数里自动更新。

在这里我们用误差之差代替微分，并且对积分项和输出结果进行了限幅。这些幅度都是自定义的。

得出流程如下：

M2006例程相对M3508虽然简单，但还是包括了一些上位机通信控制的代码。

还是简单明晰的原则。下面是一个最最简单的demo框架。