本课主要讲解如何PID参数,角度环,速度环和旋转环。

内容

控制原理

安装和添加

调试指南

总结

控制原理

维持小车直立、运行的动力都来自于小车的两个车轮。车轮转动由两个直流电机驱动。因此从控制的角度来看,小车作为一个控制对象,它的控制输入量是两个电机的转动速度。 小车运动控制任务可以分解成以下三个基本控制任务:

安装下载代码和库文件

      下载arduino地址-https://www.arduino.cc/en/Main/Software,打开arduino IED,下载balance car code,打开代码文件夹osoyoo_abc。 下载库文件—balance libraries, 添加库文件 。 第一种方法:直接在点击项目—>加载库—>添加一个.ZIP,选择你库文件的路径进行添加。检查你的库文件是否添加成功,点击文件—>示例,就可以查看你的库文件了。 第二方法:直接解压balance libraries文件,直接把目录下的文件直接复制粘贴在arduino安装路径下的libary目录下。

调试指南

小车的平衡、速度和方向的控制分别用到了角度环、速度环和方向环。我们需要先调试角度环、再调速度环、最后调方向环。调试PID参数是一个漫长的过程,各个环相互之间存在一定程度的影响,因此需要耐心调试找出一组最优参数。

1. 角度环参数

平衡小车角度环使用了PD(比例微分)控制器,在调试中,我们需要调整Kp和Kd的值,使小车有良好的调节速度和稳定状态。角度环的计算用到的参数是小车的倾角度数。Kp是小车倾角的系数;Kd是对角度微分得到角速度的系数,用于减弱比例调节所产生的过调。调试顺序按照先P(比例)后D(微分)。

  我们可以确定Kp=40,Kd=0.6是P、D参数的最大值。我们在后面的调试过程尽量不超过这两个数值。适当减小数值,可以看到小车调整更加平滑,但是依然无法保持长时间的直立。直立很短一段时间后会往一个方向加速倒下。这个等我们加上速度环才能得到更好的性能。只有角度环是很难让小车达到很好的直立效果的。至此,直立调试部分就告一段落了。

 2、 速度环参数

速度环用于控制小车的速度,一方面使小车静止时更稳定,不会偏向一边倒下;另一方面则是使小车能够直立行驶。速度环使用PI(比例积分)控制器。速度环的计算用到的参数是小车的速度。调节速度环之前需要先设定好直立环参数,这里我们设置Kp=40,Ki=0.6。先调I(积分)再调P(比例)。
  1. 确定Ki_speed值的大小
       2.确定Kp_speed值的大小 因此,我们设定Ki_speed=0.25,Kp_speed=5.20,。这里只是对参数调试过程做一个大概的演示,并不是最优参数,可以根据实际现象再进一步微调参数的大小。

3、 方向环参数

总结

以上是小车的静态参数整定方法,可以得出小车直立所需要的参数。若小车直立行驶的状态不佳,则需再微调参数使小车在行驶时也有较好的效果。总的来说,比例参数影响的是小车调整的速度;微分参数影响的是小车的稳定;积分参数跟调整的准确性有关。下图是所有参数调整的较优参数。 下面介绍平衡车的载重调试,平衡车的载重的上限为2KG,超过上限之后,电机会负荷行驶,会对电机造成损害。加速度不能太快,否则重心不稳,小车容易倾倒,下面给出平衡车的平稳较优参数。