飞思卡尔单轴两轮平衡车制作经验交流，附资料，实时更新

心_如止水 · 发表于 2012-4-3 14:02:02

本帖最后由心_如止水于 2012-4-3 14:08 编辑

                     辛苦了大概两个多月，之前一直都调不好。中间也遇到了很多的问题，但当问题解决后每次都是重大的突破。现在就介绍一下，制作过程中遇到的问题。
                     1、关于加速度计的转换系数
                     要制作自平衡车，角度和角速度的计算就很重要。关于加速度计和陀螺仪的使用就不多说了，他们一个用来测加速度计，一个用来测角速度。
                     把从加速度计读出来的数据转换成角度，要乘以一个比例系数。在转换成角度角度的过程中，可以完全不用三角函数（因为车的倾角其实不会超过正负10度，后面会提到），直接把（最大值-最小值）/90（/2如果有正负的话）作为比例系数就可以了（这样可以和真实角度比较）。其实理论上这个比例系数是什么都可以，因为后面陀螺仪转换系数是根据加速度计的转换比例系数跳出来的，所以加速度计的比例系数无论是什么值都没有影响。

                     2、关于陀螺仪转换系数
                     陀螺仪的转换系数需要根据滤波的波形来调（我是在飞思卡尔公布的官方方案中看到的，经实践千真万确），陀螺仪的转换系数不用去算，只需要通过看波形去调就可以了，直到不超调也不滞后就可以了，具体的可以看附件官网方案中的93页（第二版）。

                     3、关于滤波
                     角度滤波有很多方案，我所知道的是互补滤波、官网的方案和卡尔曼滤波，我的感想是什么滤波都不重要，重要的是参数要调好。

                     互补滤波：这是很简单也很实用的方法，其实和官网的方案有一点类似的地方，在网上有一个很著名的20页的PPT文件The Balance Filter，介绍的是互补滤波，相信大家看了之后都会明白的。在文件中，作者把高通滤波系数a和时间常数T（涛，不知道怎么打出来）及采样周期dt用一个公式建立了联系，而我的经验是，我们不要用这个公式去计算。高通滤波系数取0.98（不能比0.98再小了，会不平滑），采样周期根据你程序的需要是多少就多少（5ms的效果会比10ms好很多，越小越好），滤波可以通过调陀螺仪的转换系数达到很好的效果。也就是说，用互补滤波的关键调试参数是陀螺仪转换系数，把加速度计转换系数、高通滤波系数和采样周期定好之后，只需要调试陀螺仪转换系数就可以达到满意的效果了
                     PS：互补滤波的效果一定不差，我看过网上用互补滤波和单纯的P控制达到很好的效果的。

                     官网滤波方案：我总觉得官网的和互补滤波有些相似，经实验，效果也是很好的。具体的公式在参考方案里面也有。调试的关键就是陀螺仪转换系数。

                     卡尔曼滤波：一直没用过，也不会用，主要是没弄懂。我不喜欢用一知半解的东西，因为出现问题的时候排查不出来或者不知道怎么解决问题。网上也有很多卡尔曼滤波的程序，因为一直看不懂，就连试也没试。如果会用的话，效果应该是好的，但我不会用。如果有谁用兴趣的话还请多多指教，互相交流一下。

                     4、关于控制
                     当然有再好的角度和角速度控制不好的话也是站不好的。控制就用一般的PID控制，PWM=P*角度+D*角速度，这里没用积分控制，效果已经很好了。
                     在官网的方案中，还加上了死区电压，我的最大的体会就是，这个死区电压是可以不要的，而且不要更好（或者去一个小一点的值）。
                     这样的话就要把P调的很大。具体是多大呢，至少是电机满值的十分之一（五分之一甚至三分之一都是没问题的），例如电机最大输出是1的话，P取0.1、0.2、0.3都是没问题的（官网的方案好像是取的0.3），如果点击最大输出是5000的话，那么P取500、1000、1500都是可以的，（当然前提是加速度计转换系数转换出来的角度值和真实值相当，否则另当别论）。所以车模的角度应该不会超过正负十度，因为当P=0.3的时候，车模有三度多的偏差时电机就满电压输出了。我之前就是一直用一个很小的P去调，原来所有的问题就在于把P调大就可以了。
                     至于D的话，大概在P的七十分之一或八十分之一之间都是可以有很好的效果的。这个关系就和加速度转换系数没有关系了。比如官网中P=0.3则D=0.3*1/75=0.004，在我这里P=1000，则D=1000*1/75=13.3，效果都是很好的。PS：这个关系只是在车模静止平衡时的关系，行进中的关系我还没有实验过。

                     附官网车模调试录像资料
                     调试指南
                        http://v.youku.com/v_show/id_XMzUzMzE1MDI4.html
                        多车演示
                        http://v.youku.com/v_show/id_XMzUyNTQyNjM2.html
                        调试全过程
                        http://v.youku.com/v_show/id_XMzUyNTUwOTI0.html

                     5、说明
                  （1）陀螺仪的过冲是一个严重问题，高通滤波的那个电容是不可取的，要把它去掉才好。
                  （2）每一步都是关键，要真正理解原理才会知道怎么调，还有各个参数的极性要设置好。
                  （3）欢迎交流

                     下一步打算把速度控制加上，谁有好的又不是很贵的编码器可以推荐下，谢谢！