平衡小车PID，就该这么调！！！ |
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平衡小车PID，就该这么调！！！
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上一篇文章：看完这篇文章，还不会做平衡小车，你来打我。 描述了平衡小车的制作过程，也开源了一部分设计资料。在上篇文章留言中，有朋友说：  安排，必须安排！ 1、PID关于PID的概念，网上相关的帖子太多，在此不再赘述。 之前也有过几篇关于PID的文章： 再论PID，PID其实很简单。。。 PID算法搞不懂？看这篇文章就够了。 这次我们聊下关于平衡小车中的PID， 在平衡小车的PID中，分为三种PID，分别是直立环、速度环、转向环。任何一个PID最终计算出来的都是电机PWM，都是需要赋值给电机的。环环嵌套，得出电机的最终控制PWM。 2、直立环PID在直立环中，PID的入口参数为：平衡小车的姿态角和姿态角对应的角速度。 值得说明，MPU6050得出来的姿态角有三种：PITCH（俯仰角）、ROLL（翻滚角）、YAW（航向角） 一般来说，MPU6050都是平方且平行装在平衡小车上，总不会有人垂直装吧。 如果平放且平行安装，那么直立环PID的入口参数为：Pitch或roll。直立环中，有一个较为重要的概念，也就是机械中值。通俗讲，小车在不接受任何外力或者电机作用，能够找到一个角度自我平衡。如何理解这句话：很简单，小车电机不转动，人的手扶着小车，小车总能找到一个角度，自我短期平衡。此时的角度就是机械中值。 直接看代码： /******************************************************************* 函数功能：直立PD控制 入口参数：角度、机械平衡角度（机械中值）、角速度 返回 值：直立控制PWM 作 者：张巧龙 ******************************************************************/ int balance_UP(float Angle,float Mechanical_balance,float Gyro) { float Bias;//角度误差 int balance;//直立环计算出来的电机控制pwm Bias=Angle-Mechanical_balance; //===求出平衡的角度中值和机械相关 balance=balance_UP_KP*Bias+balance_UP_KD*Gyro; //===计算平衡控制的电机PWM PD控制 kp是P系数 kd是D系数 return balance; }从程序上看： balance_UP_KP 为直立环的P， balance_UP_KD 为直立环的D。 如何确定P和D的大小和极性？ 2.1 直立环 P 范围确定：需要先确定PWM的范围，例如，定时器最大的PWM为7200，此时占空比为100%，电机应该是全速运行。如果小车需要直立，摆幅，差不多就要≤10°。,如果超过此范围，小车抖动较为厉害根据直立环的程序： balance=balance_UP_KP*Bias+balance_UP_KD*Gyro;由于PWM最大是7200，角度在10°，反推可以得到:直立环的P可选范围应该在0~700。 当然这只是个大致的范围，具体多少还需要进一步调试。 2.2直立环P 极性确定：极性也就是符号，P到底是给正的，也是负的。 直接给kp正负值，然后观察现象： 正常出现的现象是负反馈，小车往那边倒，电机转动使得小车往要倒的方向去追。使得小车能够往反方向站起来！ 如果出现正反馈，车往哪边倒，电机转动使得小车快速倒下。这种现象就是不对的。 2.3直立环P 大小确定：慢慢试错，从小到大，响应慢慢加快也就是小车倒下后恢复直立的时间越来越短，直到小车出现大幅度的低频抖动！ 此时的P可以确定。 2.4 直立环 D 极性确定：D的极性较为好确定，设P为0，D给正负值，分别去试，看效果。 当拿起小车进行旋转时，小车的轮子应该是小车旋转方向相同，此时说明极性是对的。 如果小车的轮子转动和小车的转动方向不相同，说明此时极性是反的！ 2.5直立环D 大小确定：D的大小，需要联合P去调试，在P调好的基础上，加入D，从小到大慢慢去试，从程序PD可以看到，D对应的是角速度，由于角速度都是四位数以上的数值，所以可以从0.1开始试。 一直到小车出现高频的剧烈抖动。 需要说明的是，如果小车各方面机械机构都分布较为均匀，重量分布较好，重心较低，小车靠单纯的直立环能够暂稳。 但一般来说，没有谁的小车机械结构做的很好。 所以说，单纯靠直立环是无法将小车站稳的。需要再加入速度环。 单纯的直立环能使小车站稳 5s 就说明调的很好了！ 3、速度环速度环中，采用PI控制，积分控制和比例控制有一定的比例关系。 这里可以确定为200，别问为什么，没有为什么。问就是200！ 速度环的入口参数，为小车的2个电机编码器数值，也就是测速！ 没有小车速度的实时反馈，谈何速度闭环。 看代码： /************************************** 入口参数：电机编码器的值 返回 值：速度控制PWM 作 者：张巧龙 **************************************/ int velocity(int encoder_left,int encoder_right) { static float Velocity,Encoder_Least,Encoder,Movement; static float Encoder_Integral; //=============速度PI控制器=======================// Encoder_Least =(Encoder_Left+Encoder_Right)-0; //===获取最新速度偏差==测量速度（左右编码器之和）-目标速度（此处为零） Encoder *= 0.7; //===一阶低通滤波器 Encoder += Encoder_Least*0.3; //===一阶低通滤波器 Encoder_Integral +=Encoder; //===积分出位移 积分时间：10ms if(Encoder_Integral>10000) Encoder_Integral=10000; //===积分限幅 if(Encoder_Integral  最后，别忘了点赞关注哦~笔芯。 |
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