当前位置:首页 > 公众号精选 > 嵌入式大杂烩
[导读]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: 




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:P itch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:公众号【大鱼机器人】******************************************************************/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:公众号【大鱼机器人】**************************************/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<-10000) Encoder_Integral=-10000;     //===积分限幅   Velocity=Encoder*velocity_KP+Encoder_Integral*velocity_KI;     //===速度控制      if(pitch<-40||pitch>40)   Encoder_Integral=0;       //===电机关闭后清除积分 return Velocity;}


3.1 速度环 P 范围确定:

同样的,和直立环P的大小范围确定一样,我们需要得到电机编码器的最大值和PWM的最大值的关系!

从程序中可以看到,我们应该比较的是,2个电机的速度偏差和pwm的关系。

比如:用STM32定时器的正交解码模式对电机进行测速,10ms一次。

小车电机满速旋转时,左右两个电机,编码器相加可达160。

假设速度偏差(实际测量值与理想值)达到50%时满转。

那么有,160/2=80,7200/80=90,也就说kp最大为90。

(注意,这里只是在假设50%的前提下).

90只是一个参考值,具体多少,还是需要根据,实际测试的效果。

3.2 速度环 P 极性确定:

确定P的极性,需要关闭前文的直立环,也就是说整个系统的控制参数只能有速度环的P。

单单靠直立环控制小车,小车能短暂直立,但会出现往前走或往后走,然后倒下,那么速度环就是用来抑制此现象的出现。

从上文程序中可以看到:

 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)

这句程序的意思就是,获取最新速度偏差,控制小车目标速度为0。

直立环中控制小车不倒下是用来控制小车的角度,所以直立环的机械中值是:角度

速度环控制小车不倒下是用来控制小车的速度,所以速度环的“中值”就是:速度为0

应该不难理解!

那么如何抑制小车速度为0呢?

既然我们可以知道小车的当前速度,只要速度环的P为正反馈即可,意思就是假如向前倒,那么小车就要以更快的速度向前冲,保持直立。

同样的,屏蔽前文的直立环,分别给速度环P正负值,看现象。

正反馈的现象为:

当旋转其中一个轮子,两个轮子往相同方向旋转,到速度最大值。此时应该为正反馈。此时的现象说明,速度环的P极性是对的!

如果出现旋转其中一个轮子,另外一个轮子往反方向转动,让偏差趋向于零。这就是负反馈,此时说明P极性错误!

3.3 速度环 P 大小确定:

确定P极性和大小之后,由于P和I有比例关系且P为I的200倍!P和I的大小可以一同调试,可以将P和I慢慢从小到大的参数去试,观看小车效果。

如果出现以下效果:

1、小车放在地上,慢慢的,随着时间越来越长,小车会来回晃荡,此时可以认为P和I的参数过小。

2、小车放在地上,用手去推,如果小车无法回到初始位置,一直来回晃荡,来回晃荡的时候,车身出现较为大的倾斜,此时可以认为P和I的参数过大。如果车身没有出现较大的倾斜,只是小车来回晃荡,此时可以认为P和I的参数过小。


关于速度环的初步调试,大致就讲到这里,这种试错的方法是较为愚钝的,但却是较为方便且简单的一种方法。

可以帮助大家很快速的调试站立好小车。

4、转向环



关于转向环,其实没什么好讲的,很多种转弯方式,P控制,固定电机pwm差速控制,唯一牵扯到的就是转向环可以矫正小车走直线的问题,这个可以单独拉出来进行聊聊。在这里不再聊了。

最后,我给大家准备了一个简易版的小车直立程序,只有直立环和速度环。
关注公众号【 大鱼机器人 】后台回复关键词【 平衡小车 】即可获取!
资料包中也有参考电路, 就是 封面图 的掌上mini小车 !比可乐还要小~

-END-

猜你喜欢

看完这篇文章,还不会做平衡小车,你来打我。
这篇文章后,不要再问怎么做一台智能车了
再论PID,PID其实很简单。。。

 最 后   
 

若觉得文章不错,转发分享,也是我们继续更新的动力。
5T资源大放送!包括但不限于:C/C++,Linux,Python,Java,PHP,人工智能,PCB、FPGA、DSP、labview、单片机、等等
在公众号内回复「 更多资源 」,即可免费获取,期待你的关注~


长按识别图中二维码关注

免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭