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标题: 三轮控制之串级pid（后续）——By 小学生 [打印本页]

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-7-31 11:35
标题: 三轮控制之串级pid（后续）——By 小学生
      如同电路中的串并联一样，pid控制也可以被串并联，在这里我只讲串联。
      先说一下三轮中控制的流程吧，首先是感应电动势的ADC采集，然后分析这些值，得出一个偏差，再依据这个偏差和车期望的前进速度，算出左右轮的期望速度，以此来控制车的前进。其实在这里，就已经存在着第一级pid控制了（先假设没转速闭环）：
      第一级pid控制：反馈量：电感值。进而算出偏差，也可以理解为反馈为车的偏差。
                              期望值：因为要车寻迹，因此期望车的偏差为0，所以期望值恒为0。
                              输出量：根据反馈与期望，经pid计算得到一个输出，这个输出直接和差速成正比，再和期望前进速度加减，得到左右                         轮的期望速度。
      在这里。通过电感的反馈，完成了第一级pid的控制，这里就一个pid控制，接下来再加进去一个pid控制，和它串起来，就形成了2个pid
控制串联起来的串级控制。如何再加呢？电机转速那里可以根据编码器的反馈再形成一个pid控制，这个时候控制流程变成这样：
      计算偏差->一级pid控制->得出一级pid输出->以此计算左右电机期望速度->二级pid控制->得出二级pid输出（也就是占空比）
      这里就形成了串级控制，它和单级pid控制相比起来，多了一路反馈，如果说单级pid是能使车逼近偏差为0的控制的话，串级pid就是在使车逼近偏差为0的的基础上，再使电机转速逼近我的期望的控制。串级相比单级，能控制的物理量变，使车的控制性能变得更好，相信大多数用了电机闭环的都感受得到和没闭环的天差地别吧。
      接下来再讲一讲角速度在串级控制中的引入，以形成三个pid控制的串级控制。
      首先是我这个pid控制该放在什么位置？我先给这三个控制编个号。偏差闭环为1，转速闭环为2，角速度闭环为3.既然是串级，那么我123,132,213,231,312,321都是串联啊，那么我随便串都行？答案肯定是否，在控制中，逻辑的先后非常重要，就如同直立的控制，肯定是角度外环角速度内环，而不能反着来。再举个比较粗鲁的例子，是先有你父母，再有你，而不能倒着来。在这里，我是用的132这样的串联方式，为什么？任何控制系统都得有一个输入，而与输入直接相关的，就是电感，所以把1偏差闭环放前面，而转速闭环2是在期望速度确认的情况下进行的pid控制，而角速度闭环3是根据角速度的反馈来调节差速，或者说调节左右电机的期望速度，所以应该放在2的前面.
      这个时候控制流程如下：
      计算偏差->控制1->一级pid输出->以此计算左右电机期望速度->控制3->二级pid输出（调整后的左右电机期望速度）->控制2->三级pid输出（也就是占空比）
         至此，就完成的3个pid的串联（串级控制）了，当然，在这过程中会遇到许多问题，比如我是角速度，如何调整左右电机的速度？
根据高中物理知识，差速=角速度*间距，便可将角速度与差速联系起来，进而控制左右轮的期望速度了。除此之外，还有许多细节，这里我就不一一细说了，毕竟自己探究出来的，才有成就感，才有自己学到了东西的感觉嘛。
         做了2年了，说实话并没有在论坛上学到什么，我这个老司机也快要下车了，希望走之前能用行动改变一下这里。毕竟这比赛都做了这么多年了，感觉强的还是那么些人，那么些学校。如果大家全民提速，百花齐放，思想多分享分享，也不至于这样吧。
         话不多说，闪人

作者: 李白不白 时间: 2018-7-31 15:40
顶顶顶顶顶顶顶顶

作者: L_K 时间: 2018-7-31 16:46
大佬优秀

作者: c767831092 时间: 2018-7-31 17:09
通常内环频率要大于等于外环，编码器采样通常使用10ms，那么内环控制频率仅有100Hz，即使是5ms也只是200Hz，远低于最外环传感器和中间环角速度，这样的串级控制效果就被大打折扣，甚至可能还不如直接用传感器单环控制的效果。串级的方案不止一种，各有优缺点。比如将传感器数据拟合成期望转向半径R，根据当前速度就可以直接计算出期望转向角速度，直接控制角速度环即可，6050最高可以8KHz。也可以使用当前角速度和当前速度直接计算出当前转向半径，直接控制转向半径环，频率同样可以做到很高

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-7-31 17:42

李白不白发表于 2018-7-31 15:40
顶顶顶顶顶顶顶顶

感谢顶贴

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-7-31 17:53

c767831092 发表于 2018-7-31 17:09
通常内环频率要大于等于外环，编码器采样通常使用10ms，那么内环控制频率仅有100Hz，即使是5ms也只是200Hz ...

再控制周期上我确实如你所说，内环不过5ms的周期。控制周期对控制带来的影响我确实没有探究过，感谢提供思路

作者: 来一杯烈酒 时间: 2018-7-31 17:53
给大佬顶帖

作者: 麋鹿迷路 时间: 2018-7-31 22:48
给大佬顶贴

作者: 北一前三 时间: 2018-8-1 23:26

c767831092 发表于 2018-7-31 17:09
通常内环频率要大于等于外环，编码器采样通常使用10ms，那么内环控制频率仅有100Hz，即使是5ms也只是200Hz ...

大佬那我是不是可以让内环执行几次之后再执行外环呢这样串级的效果会不会好一点？

作者: c767831092 时间: 2018-8-2 10:42

北一前三发表于 2018-8-1 23:26
大佬那我是不是可以让内环执行几次之后再执行外环呢这样串级的效果会不会好一点？

正确的做法是让内环频率提高，而不是为了让内环比外环快而去降低外环频率

作者: 菜鸟自蒙 时间: 2018-8-3 10:36
学习一下

作者: 尔世电子 时间: 2018-8-5 00:04
给大佬顶帖

作者: 767124048 时间: 2018-8-5 14:58
楼楼我看你这个思路好几天了关于角速度窜进去当差速调整期望速度我一直没看懂。。
偏差PID得到差速 (左右轮期望速度)后，还需要角速度怎么调整，不应该直接接编码器(真实差速)然后PID吗?实在不知，还望解答😛

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-8-5 17:21

767124048 发表于 2018-8-5 14:58
楼楼我看你这个思路好几天了关于角速度窜进去当差速调整期望速度我一直没看懂。。
偏差PID得到差速 ( ...

你这里是有一个误区的，就是我编码器能采集到左右轮速度，那它们差速不就能相减直接得到吗？对，是可以这么操作得到一个差速，但这个差速是会受你的抬轮，打滑等原因，会产生一部分空转的转速混进去而得到的差速，这个差速错误地反应你车身实际的转向差速，而陀螺仪则不会，所以他们不能等价

作者: leguandedidiao 时间: 2018-8-5 23:03
电机如何闭环？不太懂。。能解释下吗？

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-8-6 13:57

leguandedidiao 发表于 2018-8-5 23:03
电机如何闭环？不太懂。。能解释下吗？

开环控制直流电机，就是你如同一个瞎子样，只知道给电机电压，而不知道它转的快或慢，这就很难受了。而闭环就相当于你能亲眼看到电机的转的快慢，然后你觉得快了，你就降低电压，你觉得慢了，就加电压。
而看到电机的速度这个过程，被称为反馈，因此，要想能闭环，至少要有反馈。
这个时候你有了反馈，也就是电机的实际转速，还有你想让它达到的速度，也就是期望。当期望与不相符的时候，你就要通过一系列“手段”使它达到期望，而这个“”手段”就是算法。常用的简单的就是pid控制。这个网上一大堆我就不说了。
通过这样的一个流程，就能形成一个闭环控制了
这样说你还有疑问吗

作者: 767124048 时间: 2018-8-8 15:56

小学生做车来了发表于 2018-8-5 17:21
你这里是有一个误区的，就是我编码器能采集到左右轮速度，那它们差速不就能相减直接得到吗？对，是可以这 ...

我理解的 3 2后面窜起来作用有点雷同，我一直用的1 3窜，一直想用132窜。如果3 2都是进行差速调整。3在正常情况正确，2在非正常情况把差速拉回。是这个意思吧?

因为我认为3 2作用都是和1相减，所以还是不太懂怎么吧1 3 2一起窜。(2是在特殊情况下用吗)
楼主好人⊙ε⊙

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-8-9 00:19

767124048 发表于 2018-8-8 15:56
我理解的 3 2后面窜起来作用有点雷同，我一直用的1 3窜，一直想用132窜。如果3 2都是进行差速调整。3 ...

3的作用是使角速度稳定可控，且有强的响应能力，也就是使差速稳定可控
2的作用是使转速稳定可控
它们的闭环控制的量，或者说指标是不一样的，但是最终都是控制左右轮的速度，所以体现出来感觉一样都是进行差速调整。
你说的3 2的作用都是和1相减是啥意思，不是很明白。
你还是不懂怎么串可以这么理解。每一个pid控制都是加强了对某个指标的控制
而你只用1  3 的话，也就是实现了偏差为0 ，且角速度是我期望角速度的控制，也就是使偏差和角速度这两个指标的控制被加强了
而引入  1 3  2 的话，就在1  3 的基础上，对电机轮子的转速控制也加强了
至于如何串起了就是一个pid 的输出作为另一个pid 的输入  这样，2个pid就串起来了

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-8-9 14:17

767124048 发表于 2018-8-8 15:56
我理解的 3 2后面窜起来作用有点雷同，我一直用的1 3窜，一直想用132窜。如果3 2都是进行差速调整。3 ...

你可以这样理解，每个pid控制都对应一个指标的具体控制3 角速度闭环，也就是使车的加速度能达到我的期望
2 轮子转速闭环，也就是使车轮的转速能达到我的期望
所以32雷同，不是很准确的。只能说他们具体表现出来的结果都是使车的差速达到我的期望。但是他们的途径是不一样的
一个是强行使轮子速度达到我的期望速度，它们之间的差也就是差速，可控了。
一个是强行使车的角速度达到期望，角速度和差速成正比，也就是差速可控了。
既然都能使差速可控，为什么还要串呢？首先是3 和 2对应的物理量不一样，你在控制某个东西时，是从单一面控制好还是从多个方面都控制好？粗略理解的话大概就是这个道理吧。
3 2 作用都是和1 相减？不是很理解这句
132 一起串，2 不应再特殊情况用（参考上面我的分析），
pid间如何串联的话，就是吧一个pid的输出作为另一个pid 的输入，这样pid就串起来了
1 输出作为3 输入 3 输出作为 2 输入 2 输出作为电机pwm波就这样

作者: Pandakai 时间: 2018-12-26 18:54
楼主你好有些地方我不太理解，我想请问一下比如一阶pid算出一个输入值a，那么这个a作为输入给二阶，二阶pid中的P项I项D项这些值怎么算，a应该和什么数相减

作者: 小学生做车来了 时间: 2018-12-28 16:48

Pandakai 发表于 2018-12-26 18:54
楼主你好有些地方我不太理解，我想请问一下比如一阶pid算出一个输入值a，那么这个a作为输入给二阶，二阶pid ...

首先。。pid；理论上是能算出大概的，但很复杂，所以我们基本上是“调试”出来的。
其实，第一个pid计算的输出作为第二级pid的输入，那始终也是输入，那么久应该跟反馈做负反馈运算，进行第二次pid运算

作者: anyint 时间: 2019-3-2 22:25
大佬，请问串级pid，方向环调好了，速度环怎么调？，方向环pid输出作为输入给速度环，速度环是空载的时候调好的，但是上了赛道就感觉速度环滞后了车老是晃来晃去，或者说由于摩擦系数不同，导致速度环控制电机反应不过来。怎么调外环（速度环）？大佬求教，直接上赛道调有点蒙蔽，没有波形分析实在是有点难受

作者: 烈炎风魂 时间: 2019-4-15 21:08
嗯嗯感谢

作者: Joy_begew 时间: 2019-5-18 21:47
顶，优秀

作者: 小学生做车来了 时间: 2019-5-23 17:14

anyint 发表于 2019-3-2 22:25
大佬，请问串级pid，方向环调好了，速度环怎么调？，方向环pid输出作为输入给速度环，速度环是空载的时候调 ...

先针对你说的最后的问题，没有波形分析，可以使用串口吧波形发给电脑上位机显示。我用的软件是虚拟示波器回答你前面的问题，（如果你是需要电机作差速控制转向时，比如三轮，直立）我建议你先调速度环，调试方法为观测其空载阶跃响应。当速度环调试好了后再调方向环。方向环的输出作为速度环的输入。PID闭环阶跃响应效果比较好时，不会轻易受外界干扰的影响的，但是会受控对象（电机）本身的影响，而且比较大。如果你只用速度环转向，因为电机是惯性较大的系统，其本身的这个特性导致它在作用转向控制时会出现明显滞后，需要在前面加上方向环作用速度环输入，才能消除你说的晃来晃去的问题。（如果你是需要电机作差速辅助转向时，比如四轮车），则方向环与差速环分开独立调试，在都有较好的响应性能后，再将他们通过一定的物理关系式联系起来，共同控制转向。

作者: 2669190177 时间: 2022-12-24 22:39

小学生做车来了发表于 2018-8-9 14:17
你可以这样理解，每个pid控制都对应一个指标的具体控制3 角速度闭环，也就是使车的加速度能达到我的期望
...

大佬，我真的想不明白了偏差环得到值给角速度环角速度环输出给速度环

偏差环时位置与位置的偏差角速度环是什么的偏差啊大佬偏差环输出是加减期望速度和z轴角速度*半径吗还是和x轴角速度大佬求指点
按大佬的写之后角速度环是偏差环输出加减期望速度和z轴角速度*半径但是角速度*半径会飙到3000 大佬求指点

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