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硬件上主要采用AB32VG1開發(fā)板，還需要額外的電路和硬件配合：1、光學(xué)平臺(tái)和支架及懸掛系統(tǒng)；2、Guralp微震儀；3、信號(hào)放大電路；4、濾波和壓流轉(zhuǎn)換電路；5、音圈電機(jī)。

軟件開發(fā)環(huán)境采用RT-Thread Studio2.1.3，設(shè)備驅(qū)動(dòng)有：GPIO/ADC/PWM 等。

軟件流程圖如下：

ADC和PWM根據(jù)例程稍作修改就可以用了，PID控制算法要根據(jù)單片機(jī)PID常用算法來編寫。

PID反饋控制采用增量式單片機(jī)常用算法。PID算法，大家應(yīng)該比較熟悉，它在很多地方都有應(yīng)用，如電機(jī)速度控制，恒溫箱溫度控制，四軸飛行器平衡控制等。作為閉環(huán)控制系統(tǒng)重要的一種算法，得到了廣泛的應(yīng)用。

PID算法由比例P，積分I，微分D三部分組成。所謂比例部分，就是與輸入殘差呈線性關(guān)系的部分，此值大，控制反應(yīng)的速度就快，但快到控制目標(biāo)時(shí)，如果還這么快，那就容易控制過頭超過預(yù)設(shè)值，所以還需要積分部分和微分部分，使最終控制結(jié)果逼近目標(biāo)。

用C語言來實(shí)現(xiàn)PID算法，主要是時(shí)域上來實(shí)現(xiàn)，有位置式和增量式兩種：

位置式：

比例部分：　Kp：比例系數(shù)　　SetValue：預(yù)設(shè)值　　FactValue：當(dāng)前實(shí)際值　　Error_1：當(dāng)前誤差

則比例部分為：　　Sp　　= 　　Kp*(SetValue - FactValue)

或者　　　　Sp　　=　　Kp*Error_1

注解：Sp大小反應(yīng)需要控制的量大小，比如Sp越大，功率越大。當(dāng)Sp為負(fù)值時(shí)，表示要超過預(yù)設(shè)值，如果是電機(jī)，則需要反轉(zhuǎn)

積分部分：　Ki：積分系數(shù)　　Error_1：當(dāng)前誤差　　Error_2：上一次誤差　　Error_3：上上一次誤差  ........Error_n：開始時(shí)的誤差

則積分部分為：　Si　　=　　Ki*(Error_1+Error_2+Error_3+......+Error_n)

注解：因?yàn)檎麄€(gè)是一個(gè)過程，所以上一次誤差其實(shí)就是上一次的當(dāng)前誤差

微分部分：　Kd：微分系數(shù)　　Error_1：當(dāng)前誤差　　Error_2：上一次誤差　

則微分部分為：　　Sd　　=　　Kd*(Error_1-Error_2)

綜上部分的PID得：PID=Sp + Si + Sd = Kp*Error_1 + Ki*(Error_1+Error_2+Error_3+......+Error_n) + Kd*(Error_1-Error_2)

增量式：

 將上述推導(dǎo)的PID記作時(shí)間為k時(shí)刻的PID控制量，則

　　　　PID(k) =Sp + Si + Sd = Kp*Error_1(k) + Ki*(Error_1(k)+Error_2(k-1)+Error_3(k-2)+......+Error_n(0)) + Kd*(Error_1(k)-Error_2(k-1))　　　　　　　　

將上式k=k-1代入得：

　　　　PID(k-1) =Sp + Si + Sd = Kp*Error_1(k-1) + Ki*(Error_1(k-1)+Error_2(k-2)+Error_3(k-3)+......+Error_n(0)) + Kd*(Error_1(k-1)-Error_2(k-2))           

1-2得：

　　　　PID(k) - PID(k-1) =  Kp*(Error_1(k)-Error_1(k-1)) + Ki*(Error_1(k)) + Kd*(Error_1(k)-2*Error_2(k-1)+Error_2(k-2))

將PID(k) - PID(k-1)記作detPID

　　　　detPID = Kp*(Error_1(k)-Error_1(k-1)) + Ki*(Error_1(k)) + Kd*(Error_1(k)-2*Error_2(k-1)+Error_2(k-2))

這樣就得到了增量式的PID算法，其計(jì)算的結(jié)果為增加的控制量

增量式的PID有個(gè)好處就是只與當(dāng)前三個(gè)誤差量有關(guān)系，與其他無關(guān)，這樣就簡(jiǎn)化的處理過程，而且提高了精度。

參考文獻(xiàn)：單片機(jī)之PID算法 - LSWen - 博客園 (cnblogs.com)   作者： LSWen

程序的輸入是ADC采樣的隔振臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度，輸出是控制隔振臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)的控制力。

編譯成功的固件，用Downloader v1.9.7下載到芯片。

程序運(yùn)行邏輯圖如下：

軟件模塊由主程序和ADC、PWM、PID組成。

調(diào)試時(shí)串口打印輸出的情況：

地面振動(dòng)經(jīng)過“四線擺”被動(dòng)隔振懸掛系統(tǒng)后濾除了幾赫茲以上的高頻振動(dòng)，隔振臺(tái)上的殘余振動(dòng)經(jīng)懸掛的光學(xué)平臺(tái)上擺放的微震儀（震動(dòng)速度傳感器）轉(zhuǎn)換為速度電壓模擬信號(hào)，通過放大電路盒后變成適合數(shù)字采集的電壓，通過開發(fā)板上的10位ADC進(jìn)行采樣，然后經(jīng)過主程序PID算法計(jì)算反饋控制電壓，計(jì)算結(jié)果再經(jīng)PWM輸出，在電路板上濾波后控制音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)隔振臺(tái)，驅(qū)動(dòng)力與震動(dòng)速度方向相反，以達(dá)到隔振的目的。

代碼地址：

https://gitee.com/meibiny/rtt-seismic-isolation