智能车制作

标题: 跪求卓晴老师、凤姐等牛人解答PI速度闭环疑惑 [打印本页]

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-18 20:27
标题: 跪求卓晴老师、凤姐等牛人解答PI速度闭环疑惑
本帖最后由 wsdyi100 于 2013-1-18 20:40 编辑

最近把速度闭环控制加到直立控制上，无论怎么调PI参数都调不到官方视频的那种效果，那种感觉。
我的速度闭环是增量式PI；u0+= u; u = pd * (e-e0) + pi *e;让后把u化成20份在u0的基础上加到速度PWM上去；
先阐述下我对PI闭环的理解，不对的请纠正：角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动，这是因为角度所产生的PWM总是欠缺一点，不足以将车模拉回到平衡位置；这时加上速度闭环控制，闭环控制会产生速度的PWM，将速度的PWM加上角度的PWM刚好可以将欠缺的PWM给补上，把小车拉回平衡位置。
于是在这种想法上我把小车的角度PWM和速度PWM每次采集回来看数据，如图[attach]39870[/attach]该图我设置的光设置了PI参数的P值为20；（I值也弄过，没什么效果，反而还不如直立）红色为角度PWM，黄色为速度PWM，蓝色为为速度（正为前，负为后），淡红色为角度PWM减去速度PWM；
这是两个PWM值减的值去控制电机，结果车的反应就是一放车车就很快的往后仰，加速跑，越跑越快，最后往后倒下；我觉得这是控制电机的PWM值不够大，本来角度控制的PWM就不够大，现在减了个闭环速度的平PWM,当然不能将小车拉回来了，车子一旦PWM不够，往后倾的就更厉害，角度检测到更大的倾角就会给更大的PWM，速就会有更大的速度，速度闭环一检测，也会产生更大（这里有点模糊）；于是，我就想把两个PWM值加起来不久刚好可以有足够的PWM把小车拉回来了吗；于是我把程序里的两个PWM值该为相加；加上后如下图（也是值加了P值）相加后是这样，（颜色代表如上图）角度的PWM和速度的PWM极性竟然变相反了，这加起来不和上面的减一样么，我搞不懂是为啥？这个只改了个加减怎么两个PWM[attach]39871[/attach]值极性相反了，我看这个图的角度PWM好像是错，应速度为正时，即前倾，角度PWM（红色）应该是为负的而上图却变为正。真不懂是为什么。

视频还在审核中，主要是车往前跑到速度为0的时候，车体后仰一点，往后加速，在推它一下，等到速度为0的时候又后仰一点，又往后加速，后仰是车的后倾角度越来越大

作者: sdlibin007@qq.c 时间: 2013-1-18 20:41
为何非要用PI调节，何不试试PD调节呢？？

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-18 20:43
本帖最后由 wsdyi100 于 2013-1-18 21:01 编辑

sdlibin007@qq.c 发表于 2013-1-18 20:41
为何非要用PI调节，何不试试PD调节呢？？

听学长们说D参数会有较大的噪声加了没什么用，况且官方的也是PI控制

这个是测速的视频，感觉好僵硬http://www.tudou.com/programs/view/rwU0C3G3z4o/?watchlater=1

作者: sangxiaoran 时间: 2013-1-18 20:46

作者: 穆旦阿斗 时间: 2013-1-18 20:46
重大的高才，你TM光电的加电磁群干嘛！？

作者: sdlibin007@qq.c 时间: 2013-1-18 20:56

穆旦阿斗发表于 2013-1-18 20:46
重大的高才，你TM光电的加电磁群干嘛！？

兄弟，光电的直立是去年电磁的产品，明白？？去年做电磁的今年或许还做电磁，所以有些还是有共同点的

作者: sdlibin007@qq.c 时间: 2013-1-18 20:57

wsdyi100 发表于 2013-1-18 20:43
听学长们说D参数会有较大的噪声加了没什么用，况且官方的也是PI控制

好吧，那你要是什么都信学长、信官方，那你就有得玩了

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-18 20:59

sdlibin007@qq.c 发表于 2013-1-18 20:57
好吧，那你要是什么都信学长、信官方，那你就有得玩了

不是我不信你，论坛上好多的是速度PI，速度PD确实没见过

作者: turf456 时间: 2013-1-18 21:01

貌似是反的。。。我只是大概了解。不精通这个。。。。

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-18 21:02

turf456 发表于 2013-1-18 21:01
貌似是反的。。。我只是大概了解。不精通这个。。。。

那怎么办

作者: automate 时间: 2013-1-18 21:06
直立与速度pwm相减可以这样理解（官方说非最小相位特性，呵呵），比如车现在加速往前，编码器测出来的速度为正，如果预设速度为0，则速度偏差e为负，故经过PI后得到的输出pwm为负

作者: sdlibin007@qq.c 时间: 2013-1-18 21:14

wsdyi100 发表于 2013-1-18 20:59
不是我不信你，论坛上好多的是速度PI，速度PD确实没见过

我不是让你信我，我只是想让你试试其他的方法，不能总是人云亦云，呵呵

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-18 21:15

automate 发表于 2013-1-18 21:06
直立与速度pwm相减可以这样理解（官方说非最小相位特性，呵呵），比如车现在加速往前，编码器测出来的速 ...

***实质是减吗？

作者: xiongcaifei 时间: 2013-1-18 23:10
同问，楼主解决了说下哈

作者: xiongcaifei 时间: 2013-1-18 23:21
楼主，你这个无线通信用的是什么模块啊？？蓝牙吗？还有曲线分析用的是什么软件啊？？？看起来很好用啊。

作者: yukunlinykl 时间: 2013-1-18 23:28
本帖最后由 yukunlinykl 于 2013-1-18 23:58 编辑

你说： “角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动，这是因为角度所产生的PWM总是欠缺一点，不足以将车模拉回到平衡位置” 。

对此我有不同看法：
1. 为什么车身往一个方向加速
角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，但是由于传感器测量的偏差，
直立控制算法仅将车身控制在传感器所认为的0度，而非真实的0度，此二者有小偏差。
故车身将保持一个倾角，该倾角即传感器偏差。此处暂且假设此偏差角恒定。
为了使得车身保持恒定偏角，小车必向一个方向保持恒定的加速度 a = tan(theta)g 。
2. 如何在没有额外传感器的基础上测出上述效应
上述测量误差导致小车有一个恒定的加速度，此加速度积分一次或两次得到速度或位移。
故只要我们能测出速度或位移，就能知道角度测量误差。
3.如何消除上述现象
理论上讲，我们测出小车加速度后，直接计算出误差的角度，加负号修正到测量的角度上，就能消除上述效应。但实际上这么做效果不好，原因有二：
3.1 小车如果仅有平衡控制的话就是是随遇平衡系统，意思是，小车就像一个放在平面上的小球，滚到哪里都可以平衡。这样，微小的扰动就可以使得小车在地面上到处乱跑（期间仍然保持平衡不会倒）。
3.2 实际上我们只能测出位移（光电编码器（当然要加正反计数，否则就是路程）），然后微分得速度，微两次得加速度。而光电编码器是离散变量，微分即相邻两项求差，这样最终得到的加速度在数值上很小，精度完全不可能达到有求（只有不到十来个取值）。这样的修正极其粗糙，完全无法体现效果。
综上，测量出加速度，并计算出误差，以修正测量值的方法，不采用。
4. 那该怎么办
我们选取两个相对来讲测得准的量来修正：位移，速度。
如果你将位移看成主项，那么速度就可看成对上述修正的修正，就是PD控制。
此时主项负责消除小车的位移（即消除随遇现象），但抖动较大，速度项可以看成前者的微分，负责消除前者在控制过程中的抖动。
如果你将速度看成主项，那么位移就是上述修正的辅助修正，就是PI控制。
此时主项负责消除小车的速度，让他定在一点，而其积分项负责使小车缓慢地回复初始位移。
总之不管怎么看，最终给出的算法是一样的： PWM = A*角度 + B*角速度 + C*速度 + D*位移
四个参数的符号大家自己看着办哈，懒得分析就试试就可以了。

5.最后玩味一下这个简单的公式：PWM = A*角度 + B*角速度 + C*速度 + D*位移
它又可以看成这样写：PWM = A*（角度+C1*速度+D1*位移）+ B*角速度
其中 C1 == C/A, D1 == D/A
这样速度项和位移项就可以看成是角度的修正。
其中，B 看成对 A 的抖动的消除，C1可以看成对D1抖动的消除。

哈哈，很有意思，总之怎么看都都行。

P.S.抱歉，忘了你的问题。
对于你所遇到的问题，如果你用的公式就是：PWM = A*角度 + B*角速度 + C*速度 + D*位移
或者是与其等价的别的表达方式（我扫了一眼你的式子，没太看懂，但感觉貌似是等价的）
如果老是效果不好，就不要纠结算法啦，很有可能是传感器精度不好。
具体要看抖动的效果。
直立控制造成高频抖动，速度和位移项造成低频抖动。
一般高频抖动忽略不计（因为陀螺仪的精度一般比光电编码器高）
主要问题是低频抖动。这个低频抖动其实就是陀螺仪的累积误差的增长，和，速度位移项对此增长误差的修正，
上述二者的较量，此消彼长的过程。
如果误差增长得很快，那么两者较量的拉锯战就很大，抖动剧烈。
如果误差增长慢，较量就轻微，抖动微小。
所以从两方面入手：
1. 提高陀螺仪精度，减小其误差的累积速度。
2. 提高编码器线数，减小“修正的误差”（注意咯！修正也是有误差的哟！如果修正错了咋办呀！）
根据我的经验，如果两方面精度都是够的，上面ABCD参数10分钟以内可以调好。

~~~~我勒个去，口水废了好多，我喝口水去。
P.P.S 喝完水了
关于参数的调节，我留意到楼主说你的参数是20什么什么的。
我想说，参数的绝对大小是没有意义的，因为参数是带量纲的。
量纲选取的不同，绝对大小是会有很大变化的。
一个参数的最优值，可能是20，可能是20万，可能是20亿，可能是20万分之一。
所以要注意，调节参数时，不要线性地修改其值，要指数地修改。
例如，试试20行不行，再试试100，再试试500，再试试5，再试试0.3

作者: lx1122334 时间: 2013-1-19 11:06
凤姐霸气

作者: lx1122334 时间: 2013-1-19 11:06

turf456 发表于 2013-1-18 21:01
貌似是反的。。。我只是大概了解。不精通这个。。。。

凤姐霸气求加好友教教小弟小弟新手

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-19 11:12

yukunlinykl 发表于 2013-1-18 23:28
你说： “角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动， ...

嗯，说得真好，以前就是这些原理搞不清楚，不知道是为什么，现在终于弄明白了，谢谢

作者: yukunlinykl 时间: 2013-1-19 11:26

wsdyi100 发表于 2013-1-19 11:12
嗯，说得真好，以前就是这些原理搞不清楚，不知道是为什么，现在终于弄明白了，谢谢

手留余香。

作者: a3914925 时间: 2013-1-19 14:27
求教了

作者: zyj 时间: 2013-1-19 15:05
你往后是倒的吧

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-19 16:24

zyj 发表于 2013-1-19 15:05
你往后是倒的吧

嗯月跑越快最后倒下

作者: zyj 时间: 2013-1-19 17:23

wsdyi100 发表于 2013-1-19 16:24
嗯月跑越快最后倒下

我貌似也有过

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-19 17:49

zyj 发表于 2013-1-19 17:23
我貌似也有过

解决没？

作者: zyj 时间: 2013-1-19 17:53

wsdyi100 发表于 2013-1-19 17:49
解决没？

ok啦~

作者: wsdyi100 时间: 2013-1-19 17:55

zyj 发表于 2013-1-19 17:53
ok啦~

怎么解决的，兄台，愿加我QQ1032609816畅聊，或加你的也行

作者: homehehe123 时间: 2013-2-12 17:06
速度反馈的应该是当没达到设定速度的时候使轮子跑的更快还是减慢

作者: 急速小子 时间: 2013-3-15 08:32
学习了!

作者: zanran8 时间: 2013-3-31 10:16
讲的不错哦！

作者: houyuangui 时间: 2013-3-31 16:50
楼主的问题有没有解决啊

作者: Θ﹏_年少、 时间: 2013-3-31 17:55

yukunlinykl 发表于 2013-1-18 23:28
你说： “角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动， ...

问一下，车高频抖动主要调哪？？我的车换了驱动不管怎么调一直抖在平衡位置有些抖

作者: kido 时间: 2013-4-22 21:33
学习一下哈

作者: LIUGUOMING 时间: 2013-4-23 12:34
你的车子感觉趋势是往后的，把零偏值稍微改一点点试试，可能不合理，但是不妨试试

作者: sky源鸣 时间: 2013-4-24 00:50

学习了

作者: 凤羽 时间: 2013-4-24 03:12

Θ﹏_年少、发表于 2013-3-31 17:55
问一下，车高频抖动主要调哪？？我的车换了驱动不管怎么调一直抖在平衡位置有些抖

首先要确定你那个是抖···如果现象真是都的话，那就是平衡PD，D加大了。或者是死区电压加大了···

作者: 一棵小草 时间: 2013-4-24 20:43

turf456 发表于 2013-1-18 21:01
貌似是反的。。。我只是大概了解。不精通这个。。。。

什么是反的？

作者: turf456 时间: 2013-4-25 09:01

一棵小草发表于 2013-4-24 20:43
什么是反的？

这么早的回复就不要往出翻了。
好像是速度控制和直立控制，当然算法不是唯一的。不代表所有情况。

作者: lcy_lb128 时间: 2013-4-26 21:07

sdlibin007@qq.c 发表于 2013-1-18 20:57
好吧，那你要是什么都信学长、信官方，那你就有得玩了

官方的上速度控制框图看的很纠结，怎么那个D控制加在测速之后的???看不懂啊？？给解释下吧！

作者: 红杏爱蓝颜 时间: 2013-4-30 10:52
精彩！！！

作者: lyb 时间: 2013-5-8 16:19
楼主问题解决没啊

作者: _limingliang 时间: 2013-5-8 18:18
速度的控制最终就会归结到车模运动时对直立的控制！

作者: 飞鸿印雪 时间: 2013-5-20 16:23

yukunlinykl 发表于 2013-1-18 23:28
你说： “角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动， ...

你好  看了你的见解  在下有两个问题不懂
其一：一般高频抖动忽略不计（因为陀螺仪的精度一般比光电编码器高
      你的意思是有抖动不需要调节么还是。。。
      还有我发现人为的增加死区所谓的高频抖动好像会好一点
其二：所以要注意，调节参数时，不要线性地修改其值，要指数地修改。
例如，试试20行不行，再试试100，再试试500，再试试5，再试试0.3
你说要指数的修改  但是你举得例子不是线性的修改么 20*5=100 100*5=500 （后面两个数就不知是怎么个规律了）

P.S.在求教个问题你觉得在速度偏差小于某个范围内  清除积分的值  可不可取啊

作者: 飞鸿印雪 时间: 2013-5-20 17:36

yukunlinykl 发表于 2013-1-18 23:28
你说： “角度控制输出的角度PWM是负责直立控制的，当只有直立控制，车模可能往一个方向越来越加速的运动， ...

额不好意思又想了一会现一维坐标的在假设小车起始位置是零点那么小车在pi控制（官方方案）下会回到零点（理想情况下）假设他在坐标为一的时候速度是零也就是小车的位置从零到一再到零所以说这其实就是位置控制当小车的回到零点时平均速度是零这样说的话所谓的速度控制就变成了位移控制或者说平均速度控制理想的速度控制是不是这样的啊比如说到了坐标为一的时候（车的瞬时速度为零）这个时候如果小车速度稳定下来了（或者说最后速度为零时不在坐标零点）这个才是理想的速度看控制吧如果这是理想的速度控制控制的算法是不是也该改成 p*速度偏差+d*加速度（这个式子的符号问题暂时不考虑了）啊
以上是小弟的一点愚见请大神给指导下

作者: yukunlinykl 时间: 2013-5-22 21:21

飞鸿印雪发表于 2013-5-20 16:23
你好看了你的见解在下有两个问题不懂
其一：一般高频抖动忽略不计（因为陀螺仪的精度一般比光电编码 ...

其一，高频的抖动，（一般在10Hz左右）非常容易消除，甚至许多同学根本没见过，随便凑个系数就消除了其二，尝试参数时，如果每个尝试的参数构成等比数列，例如
0.01 0.1 1 10 100 1000
等比数列是指数增长的
而不要构成等差数列，例如
20 40 60 70 80
因为一开始不确定系数的最优值的数量级
如果你发现20小了，改成40，还小了，就这么一直该下去，
而最优值可能是三千万，你要改到何年何月去啊。

P.S. 我明白你的意思，那是不可取的。你可以自己想想

作者: yukunlinykl 时间: 2013-5-22 21:22

飞鸿印雪发表于 2013-5-20 17:36
额不好意思又想了一会现一维坐标的在假设小车起始位置是零点那么小车在pi控制（官方方案）下 ...

是那个意思，思路是对的，你再整理整理吧。

作者: hotsauce1861 时间: 2013-8-12 18:50
好贴，学习了

作者: 名字要正经 时间: 2013-9-15 02:01

:victory:

作者: zhangqingpei 时间: 2014-1-14 20:40
两个PWM值相加时，我的车能站起来，而且能微弱抗干扰，真不知道官方程序对吗

作者: 秒针儿 时间: 2014-2-26 17:24

wsdyi100 发表于 2013-1-18 20:43
听学长们说D参数会有较大的噪声加了没什么用，况且官方的也是PI控制

这个是测速的视频，感觉好僵硬

我们的车现在也这样貌似遇到了同样的状况求指点

作者: 左岸天空 时间: 2014-2-26 17:34

秒针儿发表于 2014-2-26 17:24
我们的车现在也这样貌似遇到了同样的状况求指点

加速度计中值变了，你把速度环去了看是不是会往一边走。

作者: 小布的梦 时间: 2014-3-8 21:30
好帖

作者: wsxz-zyq 时间: 2014-3-8 22:07
mark一下

作者: 追梦dream 时间: 2014-3-9 00:17
高手在论坛，菜鸟领悟到了

欢迎光临智能车制作 (http://111.231.132.190/)