串级PID 位置环+速度环

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了串级PID 位置环+速度环。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1位置环和速度环的串级pid,首先要记住,位置环的输出是速度环的输入,最后控制输出为速度环的输出。

速度环的PID控制器 代码如下

float Velocity_KP_A=400,Velocity_KI_A=300; 
int Incremental_PI_A (float Encoder,float Target)
{     
     static float Bias,Pwm,Last_bias;
     Bias=Target-Encoder; //Calculate the deviation //计算偏差
     Pwm+=Velocity_KP_A*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI_A*Bias; 
     if(Pwm>7200)Pwm=7200;
     if(Pwm<-7200)Pwm=-7200;
     Last_bias=Bias; //Save the last deviation //保存上一次偏差 
     return Pwm;    
}

速度环只用Kp和Ki控制即可

位置环PID控制器

int Location_pid(float Encoder,float Target)
{
    static float Bias,Speed,Last_bias,Integral_bias;
    Bias=Target-Encoder; //Calculate the deviation //计算偏差
    Integral_bias+=Bias;//求出偏差的积分
    
    Speed+=Location_KP*Bias+Location_KI*Integral_bias+Location_KD*(Bias-Last_bias); 
    
    Last_bias=Bias;//保存上次偏差
    return Speed;
}

位置环用Kp和Kd即可(只用Kp好像也行的)

2如何将位置环和速度环串在一起

对于位置环

目标为行走的距离,需要转向的度数 (可以把距离与度数转化为脉冲数,方便进行PID控制)

反馈为编码器捕获脉冲数的累计数

每次要用位置环时必须先将脉冲累计数清零

距离转化为脉冲的方法

Target_Encoder_sum_A=distence/(PI*WD)*(EncoderMultiples*MD*Hall_13);

//The encoder octave depends on the encoder initialization Settings
//编码器倍频数,取决于编码器初始化设置
#define   EncoderMultiples 4
//Motor_gear_ratio
//电机减速比
#define   MD   20
//Number_of_encoder_lines
//编码器精度
#define      Hall_13           13
//4WD wheel tire diameter series
//四驱车轮胎直径
#define        WD  0.045f
//Encoder data reading frequency
//编码器数据读取频率  
#define CONTROL_FREQUENCY 100
//half wheelspacing //半轮距
#define Half_wheelspacing   0.0644f

//half axlespacing //半轴距
#define Half_axlespacing   0.010f

#define PI 3.1415f  //PI //圆周率

//这里加将位置环的输入直接编程距离(m)的函数所有普通直行都用这个
void Set_Distence_m(uint16_t distence)
{
    PID_flag=1;
    Turn_Finish_flag=7;
        Encoder_A_sum=0;
        Encoder_B_sum=0;
        Encoder_C_sum=0;
        Encoder_D_sum=0;
    Target_Encoder_sum_A=distence/(PI*WD)*(EncoderMultiples*MD*Hall_13);
    Target_Encoder_sum_B=Target_Encoder_sum_A;
    Target_Encoder_sum_C=Target_Encoder_sum_A;
    Target_Encoder_sum_D=Target_Encoder_sum_A;
}

旋转度数转化为脉冲的方法

//转角有左转90,右转90,和转180三种情况。
//左转为90, 右转为-90,转180
void  Set_Turn(int i)
{
    PID_flag=1;
    float Car_Turn_val;
    float spin90_val;
  if(i==180)//原地左转180
    {
        spin90_val=0.25*PI*Half_wheelspacing*2;
        Turn_Finish_flag=1;
        Car_Turn_val=spin90_val/(PI*WD)*(EncoderMultiples*MD*Hall_13)*2;//计算出需要的累计脉冲
        Target_Encoder_sum_A=-Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_B=-Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_C=Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_D=Car_Turn_val;
    }
    else if(i==90)//左转  左轮为负,右轮为正,
    {
        spin90_val=0.25*PI*Half_wheelspacing*2;
        Turn_Finish_flag=2;
        Car_Turn_val=spin90_val/(PI*WD)*(EncoderMultiples*MD*Hall_13);//计算出需要的累计脉冲
        Target_Encoder_sum_A=-Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_B=-Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_C=Car_Turn_val;
        Target_Encoder_sum_D=Car_Turn_val;
    }
        Encoder_A_sum=0;
        Encoder_B_sum=0;
        Encoder_C_sum=0;
        Encoder_D_sum=0;    
}

3运用pid将所需的脉冲计算出来,然后把单位同意换算为速度 m/s 方便传入速度环,这里会以最大限幅去执行

/**************************************************************************
位置环输出速度
**************************************************************************/
void Drive_Motor()
{
        static float amplitude=1,Turn_amplitude=0.5; //Wheel target speed limit //车轮目标速度限幅
        float A_Target,B_Target,C_Target,D_Target;
        //这里是脉冲算的 要传入速度环还需将位置环计算出来的脉冲转换为速度
        A_Target=Location_pid(-Encoder_A_sum,Target_Encoder_sum_A);
        B_Target=Location_pid(-Encoder_B_sum,Target_Encoder_sum_B);
        C_Target=Location_pid(-Encoder_C_sum,Target_Encoder_sum_C);
        D_Target=Location_pid(-Encoder_D_sum,Target_Encoder_sum_D);
        
        MOTOR_A.Target=A_Target*CONTROL_FREQUENCY*(WD*PI)/(EncoderMultiples*MD*Hall_13);
        MOTOR_B.Target=B_Target*CONTROL_FREQUENCY*(WD*PI)/(EncoderMultiples*MD*Hall_13);
        MOTOR_C.Target=C_Target*CONTROL_FREQUENCY*(WD*PI)/(EncoderMultiples*MD*Hall_13);
        MOTOR_D.Target=D_Target*CONTROL_FREQUENCY*(WD*PI)/(EncoderMultiples*MD*Hall_13);
        if(Turn_Finish_flag==2)//左90
        {
            MOTOR_A.Target=-float_abs(MOTOR_A.Target);
            MOTOR_B.Target=-float_abs(MOTOR_B.Target);
            MOTOR_C.Target=float_abs(MOTOR_C.Target);
            MOTOR_D.Target=float_abs(MOTOR_D.Target);
        }
        else if(Turn_Finish_flag==3)//右90
        {
            MOTOR_A.Target=float_abs(MOTOR_A.Target);
            MOTOR_B.Target=float_abs(MOTOR_B.Target);
            MOTOR_C.Target=-float_abs(MOTOR_C.Target);
            MOTOR_D.Target=-float_abs(MOTOR_D.Target);
        }
        if(Turn_Finish_flag==7)
        {
              //直线速度限幅
        MOTOR_A.Target=target_limit_float(MOTOR_A.Target,-amplitude,amplitude); 
      MOTOR_B.Target=target_limit_float(MOTOR_B.Target,-amplitude,amplitude);
        MOTOR_C.Target=target_limit_float(MOTOR_C.Target,-amplitude,amplitude);
      MOTOR_D.Target=target_limit_float(MOTOR_D.Target,-amplitude,amplitude);
        }
        else if(Turn_Finish_flag==1||Turn_Finish_flag==2||Turn_Finish_flag==3||Turn_Finish_flag==4||Turn_Finish_flag==5||Turn_Finish_flag==6)
        {
                //转向速度限幅
        MOTOR_A.Target=target_limit_float(MOTOR_A.Target,-Turn_amplitude,Turn_amplitude); 
      MOTOR_B.Target=target_limit_float(MOTOR_B.Target,-Turn_amplitude,Turn_amplitude);
        MOTOR_C.Target=target_limit_float(MOTOR_C.Target,-Turn_amplitude,Turn_amplitude);
      MOTOR_D.Target=target_limit_float(MOTOR_D.Target,-Turn_amplitude,Turn_amplitude);
        }


}

4将计算出来呢的素的MOTOR_A.Target传入速度环当作目标速度,最后判断位置环是否执行完成,及判断捕获的脉冲累计数与我们计算的是否相同,相同及完成位置环的控制,如果不用位置环了,就需要清除位置环

void Finish_Turn()
{
        static float A,B,C,D,E,F,G,H;
        A=float_abs(Encoder_A_sum);
        B=float_abs(Encoder_B_sum);
        C=float_abs(Encoder_C_sum);
        D=float_abs(Encoder_D_sum);
        E=float_abs(Target_Encoder_sum_A);
        F=float_abs(Target_Encoder_sum_B);
        G=float_abs(Target_Encoder_sum_C);
        H=float_abs(Target_Encoder_sum_D);
        if(Turn_Finish_flag==2||Turn_Finish_flag==3||Turn_Finish_flag==4||Turn_Finish_flag==5||Turn_Finish_flag==6)
        {
            if(A>(E*0.99)&&B>(F*0.99)&&C>(G*0.99)&&D>(H*0.99))//90度转弯需要的大概脉冲 *0.99作为补偿 理想为1
            {
                Turn_Finish_flag=0;
            }
        }
        else if(Turn_Finish_flag==1)
        {
            if(A>(E*1.7)&&B>(F*1.7)&&C>(G*1.7)&&D>(H*1.7))//180度转弯需要的大概脉冲 *1.7作为补偿 理想为2
            {
                Turn_Finish_flag=0;              
            }
        }

}

5位置环的输出作为速度环的输入文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-449233.html

void Balance_task()
{ 
            //Get the encoder data, that is, the real time wheel speed, 
            //and convert to transposition international units
            //获取编码器数据,即车轮实时速度,并转换位国际单位
            Get_Velocity_Form_Encoder();    
            if(PID_flag==1)//速度环+位置环控制计算各电机PWM值,PWM代表车轮实际转速
            {        
                 Drive_Motor();//位置环输出速度
                 Finish_Turn();
                if(Turn_Finish_flag==1||Turn_Finish_flag==2||Turn_Finish_flag==3||Turn_Finish_flag==4||Turn_Finish_flag==5||Turn_Finish_flag==6||Turn_Finish_flag==7)
                {
                     Location_PID_Finish_flag=1;
                     MOTOR_A.Motor_Pwm=Incremental_PI_A(MOTOR_A.Encoder, MOTOR_A.Target);
                     MOTOR_B.Motor_Pwm=Incremental_PI_B(MOTOR_B.Encoder, MOTOR_B.Target);
                     MOTOR_C.Motor_Pwm=Incremental_PI_C(MOTOR_C.Encoder, MOTOR_C.Target);
                     MOTOR_D.Motor_Pwm=Incremental_PI_D(MOTOR_D.Encoder, MOTOR_D.Target);    
                    Set_Pwm( MOTOR_A.Motor_Pwm, MOTOR_B.Motor_Pwm, MOTOR_C.Motor_Pwm, MOTOR_D.Motor_Pwm);  //MD36电机系列
                }
                else if(Turn_Finish_flag==0)
                {
                      PID_flag=2;
                        Location_PID_Finish_flag=0;
                        Encoder_A_sum=0;
                        Encoder_B_sum=0;
                        Encoder_C_sum=0;
                        Encoder_D_sum=0;    
                        Set_Pwm(0,0,0,0);  //MD36电机系列
        
                }                            
            }
            else if(PID_flag==0)//速度闭环控制计算各电机PWM值,PWM代表车轮实际转速
            {
                //单独速度环限幅
                Speed_A=target_limit_float(Speed_A,-3.5,3.5); 
                Speed_B=target_limit_float(Speed_B,-3.5,3.5);
                Speed_C=target_limit_float(Speed_C,-3.5,3.5);
                Speed_D=target_limit_float(Speed_D,-3.5,3.5);
//                MPU6050_pwm=MPU6050_pid(yaw/70,0.2);
//                printf("Speed=%lf,yaw=%lf,MPU6050_pwm=%d\r\n",MOTOR_A.Encoder,yaw,MPU6050_pwm);
//                MOTOR_A.Motor_Pwm=Incremental_PI_A(MOTOR_A.Encoder, Speed_A)-Xunji_Pwm;
//              MOTOR_B.Motor_Pwm=Incremental_PI_B(MOTOR_B.Encoder, Speed_B)-Xunji_Pwm;
//                MOTOR_C.Motor_Pwm=Incremental_PI_C(MOTOR_C.Encoder, Speed_C)+Xunji_Pwm;
//              MOTOR_D.Motor_Pwm=Incremental_PI_D(MOTOR_D.Encoder, Speed_D)+Xunji_Pwm;
                MOTOR_A.Motor_Pwm=Incremental_PI_A(MOTOR_A.Encoder, Speed_A)-Xunji_Pwm;
              MOTOR_B.Motor_Pwm=Incremental_PI_B(MOTOR_B.Encoder, Speed_B)-Xunji_Pwm;
                MOTOR_C.Motor_Pwm=Incremental_PI_C(MOTOR_C.Encoder, Speed_C)+Xunji_Pwm;
              MOTOR_D.Motor_Pwm=Incremental_PI_D(MOTOR_D.Encoder, Speed_D)+Xunji_Pwm;
                Set_Pwm( MOTOR_A.Motor_Pwm, MOTOR_B.Motor_Pwm, MOTOR_C.Motor_Pwm, MOTOR_D.Motor_Pwm);  //MD36电机系列
                Encoder_A_sum=0;
                Encoder_B_sum=0;
                Encoder_C_sum=0;
                Encoder_D_sum=0;    
            }
}

到了这里,关于串级PID 位置环+速度环的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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