【十七屆恩智浦智能車】有刷平衡單車——控制篇（串級）

• 寫在前面
• 有刷平衡單車全控制
• • 單車平衡穩(wěn)定
  • • 陀螺儀姿態(tài)解算
    • 增量式PID和位置式PID
    • 電機串級調試
    • • ==角速度環(huán)==
      • ==角度環(huán)==
      • ==速度環(huán)==
      • 調試方法
      • 舵機環(huán)——動態(tài)零點
  • 單車行走直立
  • • 行走姿態(tài)受力分析
    • 向心力環(huán)處理方式
• 部分代碼
• • • 補充
• ==寫得不好僅供參考，如有意見以你為準，希望大家取得好成績（沖無刷）==

寫在前面

大二第一次參加智能車競賽，u1s1這比賽是真滴燒幣，（不排除是我老弄炸東西的可能），花了少說4個月，學到的東西不多，心態(tài)倒是好了不少，總體還算是有收獲，還是遺憾占大頭，現(xiàn)在已經想找別的東西做了，就把所學分享給大家吧！；有不少人剛接觸動輪，對有刷不是很熟悉，如果按照Lq官方開源代碼調不成功十有八九是電機出事了，按照以下方向調串級，可以達到不抖且中度抗干擾。希望龍邱品控能更好一點（Lq的驅動做的還不錯- =），希望逐飛的方案能更早一點（狗頭保命）

有刷平衡單車全控制

單車平衡穩(wěn)定

陀螺儀姿態(tài)解算

首先是關于陀螺儀的選取，我們選擇的是龍邱的Mpu6050，配合Lq開源的DMP進行角度融合，實測角度實時性和準確性不錯。但是由于DMP解算的問題，上電以后會飄幾十秒，需要扶穩(wěn)等待(坑1)，缺點還是Lq質量堪憂，一共壞了三個最后使用祖?zhèn)髟覯pu。

嘗試過使用icm20602經過濾波處理通過四元素融合解算角度，實測角速度精度高且相較MPU受噪音影響小，對角速度環(huán)擬合幫助大，缺點是四元素融合在靜態(tài)會由于噪音影響積分增大，但有細微振動則不會，因此實測對單車影響不大，推薦使用該方案！

增量式PID和位置式PID

詳見https://blog.csdn.net/as480133937/article/details/89508034
侵刪

簡單來說，增量式和位置式本質相同，對位置式來說,PID分別進行比例、積分、微分對應現(xiàn)在、過去、未來，而增量式的I在形式上則恰好與位置式P等同，其他兩個參數(shù)同理，并且有運算量少的優(yōu)點。

電機串級調試

串級框架方面，由于角速度的響應快速以及動量輪平衡所根據(jù)的動量守恒原理，將角速度環(huán)作為內環(huán)輸出，而中間是角度環(huán)，外面則是速度環(huán)，淺圖示一下：

角速度環(huán)

角速度環(huán)方面使用的是增量式PD，看到有人是使用位置式的，其實兩種基本一樣，只不過增量式計算量較小，對算力壓力不大，另外在單車這種高速振動的系統(tǒng)中，實測增量式中加入積分環(huán)節(jié)效果一般，很容易因各種問題導致飽和，當然也有看到使用位置式PID調的很好的，這可能和陀螺儀的漂移有關，也就要大家自己來選取一款合適的陀螺儀了，這里就拋磚引玉一下。

角度環(huán)

在Lq所開源的Lqr算法當中是以角度環(huán)作為主輸出，其中用一個D來處理角速度，實際上加速度才是真正要考慮的點，這也是不耐造的原因之一，（或許加一個角速度環(huán)會更好？？？）在調試過程中，角度環(huán)主要是用來補償速度環(huán)帶來的溢出或者延遲，因此角度環(huán)我只采用了簡單的位置式P進行處理，并且調試過程中是粗調的。

速度環(huán)

速度環(huán)雖然作為最外環(huán)，我卻認為是很重要的一環(huán)，因為他決定了你單車受到干擾后保持穩(wěn)定的能力，采用的是位置式PID進行精調。很多人不理解速度環(huán)到底是怎么作為輸入的？？？？？？？很簡單的例子，假設單車往左倒需要動輪逆時針轉動（車屁股視角），通過編碼器的極性你就可以判斷出此時車身的姿態(tài)到底是往哪邊倒的，此時為了讓車往右的方向歸，便需要不斷加速來平衡，這中間就涉及到了溢出的問題，也就是車子會向右倒，這時候就需要粗調角度環(huán)來抑制這個影響。（當車身右倒，角度環(huán)大就抵消了）

調試方法

先精調角速度環(huán)，到往一個方向倒開始覺得困難了就可以調速度環(huán)，加上了速度環(huán)以后，車子能立2s左右倒下后開始調速度環(huán)，一開始建議大家三個環(huán)都只進行普通的P控制，實測效果也非常好，能立且抗干擾能力比Lqr好太多。調參過程中盡可能大的增加速度環(huán)，外界干擾姿態(tài)，觀察歸正情況，若有過沖則增大角度環(huán)，而角速度環(huán)更像是一個比例系數(shù)（如果是純P），所有的修正均可通過修正速度環(huán)處理，調好以后加上D值精調。

舵機環(huán)——動態(tài)零點

調好了平衡以后就該引入舵機輸入了，舵機打角以后車身姿態(tài)是顯而易見的會變的，我們可以通過關閉電機后手扶單車測量中點的角度變化，通過一個簡單的比例系數(shù)P，對舵機PWM輸入進行處理并輸出疊加到零點上。

4.27補充：有關于舵機對于姿態(tài)平衡的影響，其實是分兩個方面的，首先是舵機打角后零點的改變，第二個比較容易忽視的地方是舵機打角過程中與地面的作用力，該點影響因素較多，因此直接上上位機進行滿打角對角度進行觀測，結果發(fā)現(xiàn)兩個因素極性相反，但是后者很快會被抵消，但是處理不好也是調試過程中倒地的重要因素之一，以下是上位機測試

單車行走直立

行走姿態(tài)受力分析

暫時懶得寫了，同樣是動態(tài)零點，轉哪邊零點就往哪邊，處理好了就可以壓彎。

向心力環(huán)處理方式

暫時懶得寫了，同樣是簡單P，別問為啥不用F=(m*v^2)/2,實測調好了能用，當然也可以嘗試一下，算法總能找到更好的，調好了無差別壓彎，至少1m的速度可以流暢控制轉向。（前提是前面所有參數(shù)調試好藍牙控制飛一般的感覺）

部分代碼

完成以上的調試步驟，基本上完賽速度就能上0.7以上了，當然這肯定不是最完美的控制系統(tǒng)，只是給大家一個思路，也沒必要無腦沖LQ的開源代碼。（最近逐飛剛出無刷新方案，真的猛，建議大家可以嘗試用該套路嵌入無刷中控制，無刷存的力比有刷大得多，主要是不容易燒，但是他的穩(wěn)態(tài)轉速沒那么好控制叭）

補充

增量式PI中并不是不能用I，純角速度PI效果甚至比角速度P與速度P耦合更加好，其中作出的對積分的限制決策大家可以自己決定，可以貼上幾個思路供大家參考，其中思路3實測可行。

寫得不好僅供參考，如有意見以你為準，希望大家取得好成績（沖無刷）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【十七届恩智浦智能车】平衡单车——控制篇（串级）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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