Control PID
Arquitectura del Lazo
OPRcontrolFOC implementa un lazo de control PI de velocidad independiente para cada motor. El lazo externo de velocidad actúa directamente sobre el duty cycle PWM; no hay lazo interno de corriente.
flowchart TD
REF[Velocidad objetivo<br/>RPM] --> ERR[Error]
ERR --> PID[PI Controller<br/>Kp, Ki]
PID --> SAT[Clamping<br/>0-100%]
SAT --> SCALE[Speed Factor<br/>0-100%]
SCALE --> PWM[Modulación PWM<br/>sinusoidal]
PWM --> MOTOR[BLDC Motor]
MOTOR --> ENC[Encoder]
ENC -->|RPM medido| SMOOTH[Suavizado<br/>Exponencial]
SMOOTH -->|RPM filtrado| ERRFórmula PI
El controlador implementa un PI paralelo con el término derivativo comentado (KD=0, no implementado):
En tiempo discreto (sample time \(T_s = 1\text{ ms}\)):
motor_left_speed_factor =
(left_error * MOTOR_SPEED_KP) +
// ((left_error - motor_left_last_error) * MOTOR_SPEED_KD) + // COMENTADO
(motor_left_sum_error * MOTOR_SPEED_KI);
Parámetros del Controlador
| Parámetro | Valor | Descripción |
|---|---|---|
| Kp | 8.0 | Ganancia proporcional |
| Ki | 0.1 | Ganancia integral |
| Kd | 0.0 | Ganancia derivativa (no implementada) |
| Frecuencia de control | ~1 kHz | Período de muestreo \(T_s\) |
| Rango de salida | 0 – 100 | Speed factor (% de duty cycle) |
| RPM máxima | 900 | Velocidad objetivo máxima |
Nota: Los parámetros Kp=8.0 y Ki=0.1 están definidos como macros en
motors.h. El término derivativo (KD) está definido como 0.0 y su cálculo está comentado en el código. Ver CT-01.
Cálculo del Error
El error se calcula como la diferencia entre la velocidad objetivo y la velocidad medida, ambas normalizadas al rango 0-100:
int16_t left_error = abs(motor_left_speed)
- constrain(map(abs(get_encoder_left_speed()), 0, MOTOR_MAX_RPM, 0, 100), 0, 100);
Donde:
- abs(motor_left_speed) — velocidad objetivo en valor absoluto (el PID
no distingue dirección; el sentido lo determina la conmutación)
- map(abs(encoder_speed), 0, 900, 0, 100) — velocidad medida mapeada a
porcentaje (0-100%)
- constrain(..., 0, 100) — asegura que la velocidad medida está en rango
Anti-Windup
El controlador implementa conditional integration (integración condicional) como estrategia anti-windup:
if (motor_left_speed_factor < 100 || left_error < 0) {
motor_left_sum_error += left_error;
if (motor_left_sum_error < 0) {
motor_left_sum_error = 0;
}
}
Condiciones para acumular error integral:
1. El speed factor no ha saturado (speed_factor < 100), o
2. El error es negativo (el motor va más rápido de lo pedido — necesita frenar)
Condiciones para frenar la acumulación: - Speed factor = 100% y el error sigue siendo positivo → no acumular (el motor ya está al máximo, más integral no ayuda)
Clamping inferior del integrador:
- motor_left_sum_error nunca baja de 0. No se permite integral negativa.
⚠️ Advertencia: El anti-windup es asimétrico. Cuando
speed_factor == 100yerror > 0, el integrador deja de acumular (correcto). Pero no hay mecanismo de back-calculation para reducir activamente el integrador. Ver CT-02.
Indicadores de Saturación
Los LEDs onboard de la BluePill indican saturación del PID:
| LED | Pin | Significado |
|---|---|---|
| PC14 | GPIOC14 | Motor izquierdo: speed factor > 95% |
| PC13 | GPIOC13 | Motor derecho: speed factor > 95% |
if (motor_left_speed_factor > 95) {
gpio_set(GPIOC, GPIO14); // LED ON = saturando
} else {
gpio_clear(GPIOC, GPIO14); // LED OFF = normal
}
Estos LEDs son útiles para diagnosticar visualmente si los motores están operando al límite de su capacidad.
Respuesta en Frecuencia
Con un sample time de 1 ms (\(f_s = 1\text{ kHz}\)), el ancho de banda teórico del lazo de velocidad está limitado por:
En la práctica, la dinámica del motor y la inercia de la carga limitan el ancho de banda a unas pocas decenas de Hz.
Documento generado el 2026-06-30. Ver también Movimiento, Encoders, Debug.