本文框架：

（1）介紹控制系統的基本性能要求及常用性能指標；
（2）簡介RT1064與無線串口透傳模塊；
（3）MATLAB數據處理過程詳解；
（4）效果展示與分析；
（5）操作指南（手把手教你使用）。

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一、控制系統相關知識

（1）控制系統的基本性能要求：穩、準、快
穩：指的是系統的穩定性。穩定性是系統重新恢復平衡狀態的能力。不穩定的系統將出現持續的震蕩，無法運用于自動控制系統中。
準：對系統穩態（靜態）性能的要求。對于一個穩定的系統而言，當過渡過程結束后，系統輸出量的實際值與期望值之差稱為靜態誤差，它是衡量系統控制精度的重要指標。穩態誤差越小，表示系統的準確性越好，控制精度越高。
快：對系統動態（過渡過程）性能的要求。描述系統動態性能可以用平穩性和快速性加以衡量。平穩是指系統由初始狀態過渡到新的平衡狀態時，具有較小的過調和振蕩性；快速性是指系統過渡到新的平衡狀態所需要的調節時間最短。動態性能是衡量系統質量高低的重要指標。
（2）系統的動態性能指標：

延遲時間td :階躍響應第一次達到終值h（∞）的50%所需時間。
上升時間tr :階躍響應從終值的10%上升到終值的90%所需時間；對有振蕩的系統，也可以定義為從0到第一次達到終值所需要的時間。
峰值時間tp：階躍響應越過終值h（∞）達到第一個峰值所需時間。
調節時間ts :階躍響應到達并保持在終值h（∞）±5%（或2%）誤差帶內所需要的最短時間。
超調量σ%:峰值超出終值h（∞）的百分比，即

在上述動態性能指標中，我們常用調節時間ts （反映過渡過程的長短）、超調量σ%（反映過渡過程的波動程度）和峰值時間tp來作為系統的動態性能指標。

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二、硬件模塊簡介

（1）RT1064核心板
RT1064為NXP公司推出的RT1064，屬于RT1060系列，Cortex M7內核，擁有600Mhz運行主頻4MB Flash，1MB SRAM，32KB I-Cache,32KB D-Cache,是現階段運算性能最為強勁的一款微控制器。詳細技術指標可到NXP官網查看。這里我使用的是逐飛科技有限公司推出的RT1064最小系統版。

（2）無線串口透傳模塊
這里我使用的是逐飛科技推出的無線轉USB（接上位機）/無線轉串口（接下位機）模塊，相比于平常使用的藍牙模塊，無需了解其他知識，就能快速入手，且該模塊傳輸距離更遠、傳輸速度更快！個人感覺：真香！

有兩點需要注意一下：①在接線時，上位機的RX引腳要接下位機的TX引腳，同樣上位機的TX引腳要接下位機的RX引腳。②我們傳輸的數據類型一般為int型、double型等等，而串口一次只能發送8位的數據，且發送的數據格式為uint8。這就需要涉及到數據轉換。以int32型為例，因為int型數據有正負，需要先進行符號位的判斷，先向上位機發送符號位（2字節）；int32有32位數據，須將它分解為4個字節，依次發送給上位機。因此，一個int32型的數據通過數據轉換為6個字節數據進行傳輸。其他數據類型的傳輸同理可得。若不知道某數據類型的字節數，可用sizeof( )函數進行獲取。以下為數據轉換代碼，基于RT1064+逐飛的無線轉串口模塊，僅供參考。

void data_int32_transform(int32 data)//數據轉換 {i_bit=sizeof(data); //獲取數據字節數if(data>=0) //判斷數據正負，若為正值，標志位為0{val=0;seekfree_wireless_send_buff(&val,1);//發送符號標志位//data=abs(data);for(i_bit;i_bit>=0;--i_bit) //移位處理，先發送高位{data_temp=(uint8)(data>>(8*i_bit));seekfree_wireless_send_buff(&data_temp,1);//發送數據} }else //若為負值，標志位為1{val=1;seekfree_wireless_send_buff(&val,1);//符號標志位data=abs(data);for(i_bit;i_bit>=0;--i_bit){data_temp=(uint8)(data>>(8*i_bit));seekfree_wireless_send_buff(&data_temp,1);}} }

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三、MATLAB數據處理：

如下圖所示，我在做速度、電流雙閉環時同時向上位機發送了兩種數據內容：電流值與速度值，且輪流發送；數據值即為單片機經過上述數據轉換后發送給上位機的內容；每個數據內容為6個字節，其中分為2個字節的符號位和4個字節的數據位。

誠然，在MATLAB里需要將數據值再一次進行數據轉換才能處理。我的轉換思路為：（1）將數據值的每2個字節進行合并，即第一個字節左移8位并和第二個字節進行或運算；（2）經上述處理后，每個數據內容變為一個符號位和兩個數據位；此時再將兩個數據位合并，根據符號位判斷數據的正負，到此數據轉換結束，我們就能得到單片機原始要發送的數據（3）因為我同時發送了兩種內容的數據，最后我還需要將數據進行分類處理。
以下為MATLAB數據處理代碼：

duty=30; s_P=2.58; s_I=0.82; c_P=0; c_I=0; goal_speed=(duty*2); goal_current=(310+duty); %以上為我所需要的一些常量a=textread('E:\畢業設計\無線轉串口\串口助手\串口助手\sscom32\SaveWindows2021_3_28_19-28-50.txt','%s')';%以字符形式打開文件，文件地址具體查看你的數據文檔所在地址 alpha=hex2dec(a)'; %16進制轉化為10進制數，存入alpha矩陣，方便后面的數據處理 row=size(alpha,2); %判斷我的數據總數，若只有一個數據內容：00 01 00 00 0C 5A 則 row=6，存入1X6大小的矩陣 %以下為變量初始化 temp=zeros(1,row/2);%將數據值的每2個字節合并后暫存區矩陣 data=zeros(1,row/6);%數據內容暫存區矩陣 current_data=zeros(1,row/12); %存放電流數據的矩陣 speed_data=zeros(1,row/12); %存放速度數據的矩陣 speed_lower_err_line=zeros(1,row/12);%速度動態響應曲線的下誤差線 speed_upper_err_line=zeros(1,row/12);%速度動態響應曲線的上誤差線 current_lower_err_line=zeros(1,row/12);%電流動態響應曲線的下誤差線 current_upper_err_line=zeros(1,row/12);%電流動態響應曲線的上誤差線 for i=1:row/2temp(1,i)=bitor(bitshift(alpha(1,2*i-1),8),alpha(1,2*i));%每2個字節數據進行合并處理，經過這步處理后，每個數據內容由原本占用1X6的矩陣變為1X3的矩陣，其中第一個表示符號位，第二、三個表示數據數據位。 end for j=1:row/6data(1,j)=bitor(bitshift(temp(1,3*j-1),8),temp(1,3*j));%將數據位合并if(temp(1,(3*j-2))==256)%判斷符號位正負，移位后原本的負號標志1變為256data(1,j)=-data(1,j);end end for jj=1:row/12 %將電流數據和速度數據經行分類處理，并確定各自的誤差帶current_data(1,jj)=data(1,(2*jj-1));speed_data(1,jj)=data(1,(2*jj));speed_lower_err_line(1,jj)=(goal_speed+goal_speed*0.05);speed_upper_err_line(1,jj)=(goal_speed-goal_speed*0.05);current_lower_err_line(1,jj)=(goal_current+goal_current*0.05);current_upper_err_line(1,jj)=(goal_current-goal_current*0.05); endfigure(1);%畫出電流動態響應曲線 hold onplot(1:5:(row/12)*5,current_data(1,1:row/12));plot(1:5:(row/12)*5,current_lower_err_line(1,1:row/12),'r--');%上誤差線plot(1:5:(row/12)*5,current_upper_err_line(1,1:row/12),'r--');%下誤差線 hold offcurrent_ave=mean(current_data(:));%求電流平均值%legend('name');title({['左輪開環空載電流時間圖像（占空比：',num2str(duty),'%）'],['電流平均值：',num2str(current_ave),'mA/5ms']});xlabel('Time（ms）');ylabel('Current（mA）');figure(2)%畫出速度動態響應曲線 hold onplot(1:5:(row/12)*5,speed_data(1,1:row/12));plot(1:5:(row/12)*5,speed_upper_err_line(1,1:row/12),'r--');%上誤差線plot(1:5:(row/12)*5,speed_lower_err_line(1,1:row/12),'r--');%下誤差線 hold off speed_ave=mean(speed_data(:));%求轉速平均值 %legend('name'); title({['左輪空載脈沖時間圖像（占空比:',num2str(duty),'% P:',num2str(s_P),' I:',num2str(s_I),'）'],['轉速平均值：',num2str(speed_ave),'脈沖/5ms']}); xlabel('Time（ms）'); ylabel('Speed（脈沖）'); saveas(gcf,'E:\畢業設計\Matlab\波形\空載\Speed\左輪\test1.jpg');%保存圖像

四、效果展示與分析：

話不多說，直接上圖展示：
（1）空載下采用開環控制

（2）空載下采用電流單閉環控制

（3）空載下采用速度單閉環控制


（4）空載下采用速度、電流雙閉環控制


本期就只給出空載下的效果圖哈，下期給出負載下的效果圖和個人調節雙閉環的心得！想要學習的小伙伴記得關注我哈~
從圖像上來分析，在空載時若采用電流、速度閉環控制方式，其電流值出現超調量后快速趨于一個恒定值而波動，其調節時間最短；其速度值出現超調量后快速趨于期望值，調節時間最短，且調節過程較為平穩，沒有太大的波動。
相比于傳統的目測法、經驗法調節PID參數，采用輔助工具進行調參顯然更具科學性！
此外根據響應情況，我們可以快速的判斷出該調節哪個參數、調大或者調小。

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五、操作指南：

1、硬件連接、無線模塊的配置、單片機程序設計
依照自己的情況而定。
2、上位機處理
我所使用的串口助手是sscom5.13.1，具體使用步驟如下：

3、導入數據到MATLAB
將數據文本的地址拷貝到MATLAB中，點擊運行，進行數據處理。
4、圖像分析
根據MATLAB生成的系統動態響應圖像，借助第一節所提到的相關性能指標，進行參數調節。

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總結

整篇文章涉及的內容龐雜，愛學習的小伙伴細品細品，相信你會學習到很多知識！鑒于我也是剛入門的C鳥，所以還請多多指教！有不懂的地方歡迎留言…

總結

以上是生活随笔為你收集整理的智能车基于RT1064+无线串口透传模块利用MATLAB辅助调节PID参数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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