[寧靜清幽的平衡小車進(jìn)程帖]

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-4 11:52

本帖最后由寧靜清幽于 2016-2-5 11:24 編輯

組裝曬圖
來幾發(fā)小車照片，曬一曬

。
小車主控板正面照片

小車主控板反面照片

主控板給我的感覺：板子質(zhì)量杠杠的，焊工也是棒棒噠，沒有什么質(zhì)量問題

。

小車底盤反面照片

全身照片

感覺小車帥帥噠

。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

1. Keil工程模板的建立

2. LED指示燈實(shí)驗(yàn)

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)就放一塊了，Keil工程模板的建立在圖中了，不知道這樣算不算完成，好多文件還沒有寫呢，做以后的實(shí)驗(yàn)再補(bǔ)充。

LED指示燈實(shí)驗(yàn)主函數(shù)代碼在下圖就不再貼出來了

all_header.h的代碼如下：

#ifndef __all_head_
#define __all_head_
#include "STC15W4Kxx.h"
#include <intrins.h>
#include "Delay.h"
#endif

復(fù)制代碼

Delay.h的代碼和all_header.h的代碼格式一樣，也不貼啦。

還是貼一下吧。

#ifndef __Delay_
#define __Dealy_
#include <intrins.h>
void Delay300ms(); //@20.000MHz
#endif

復(fù)制代碼

在貼一下Delay.c的代碼吧！

#include "Delay.h"
void Delay300ms() //@20.000MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
_nop_();
i = 23;
j = 205;
k = 120;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}

復(fù)制代碼

最后來張效果圖

打死我，我也不會(huì)說

這個(gè)程序里面控制的兩個(gè)LED，但是只有一個(gè)亮。

這個(gè)問題實(shí)在是無關(guān)緊要啦

3. UART串口通訊實(shí)驗(yàn)

還是先上個(gè)效果圖

寫好程序編譯，在左側(cè)選好單片機(jī)型號(hào)，串口號(hào)，用的是內(nèi)部時(shí)鐘，填好IRC頻率，為了方便通信嘛，就選的11.0592M。

在右側(cè)最下面的藍(lán)色框中，選好串口好，波特率，無校驗(yàn)位，停止位1位。上面兩個(gè)藍(lán)色框就是效果圖了

對(duì)了，還得用安卓數(shù)據(jù)線把小車和電腦連起來，裝上CP2102的驅(qū)動(dòng)。

再上代碼

主函數(shù)main代碼：

#include "all_header.h"
void main()
{
Uart1Init();
EA=1;
while(1);
}
void UART1() interrupt 4 using 1
{
unsigned char date;
if (RI)
{
RI=0;
date=SBUF;
UART1SendByte(date);
}
if (TI)
{
TI=0;
}
}

復(fù)制代碼

all_header.h頭文件代碼：

#ifndef __all_head_
#define __all_head_
#include "STC15W4Kxx.h"
#include <intrins.h>
//#include "Delay.h"
#include "UART1.h"
#endif

復(fù)制代碼

UART1.h代碼：

#ifndef _UART_H_
#define _UART_H_
#include "STC15W4Kxx.h"
void Uart1Init(void);
void UART1SendByte(unsigned char TxD1);
#endif

復(fù)制代碼

UART1.c代碼：

#include "UART1.h"
void Uart1Init(void) //115200bps@11.0592MHz
{
SCON = 0x50; //8位數(shù)據(jù),可變波特率
AUXR |= 0x01; //串口1選擇定時(shí)器2為波特率發(fā)生器
AUXR |= 0x04; //定時(shí)器2時(shí)鐘為Fosc,即1T
T2L = 0xE8; //設(shè)定定時(shí)初值
T2H = 0xFF; //設(shè)定定時(shí)初值
AUXR |= 0x10; //啟動(dòng)定時(shí)器2
}
void UART1SendByte(unsigned char TxD1)
{
SBUF=TxD1;
while(TI == 0);
TI=0;
}

復(fù)制代碼

串口通信實(shí)驗(yàn)就算是完成了

ID:94185 · 發(fā)表于 2016-2-5 18:05

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-5 22:12

4. PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)
還是先上效果圖

打算傳視頻來著，不過不會(huì)傳

先是逆時(shí)針加速再減速，后是順時(shí)針加速再減速。
是時(shí)候上代碼了

main.c:

#include "all_header.h"
//20MHZ
void main()
{ int i,temp=0;
PWMInit();
P2M0=0x02; //芯片上電后所有與PWM相關(guān)的IO口均為高阻態(tài)
P2M1=0x00; //將PWM2和PWM3IO 設(shè)置為強(qiáng)上拉（推挽）
P3M0=0x80; //其余的P2P3口為弱上拉
P3M1=0x00;
while(1)
{ for(i=0;i<100;i++)//逆時(shí)針加速
{
temp+=200;
PWM2T1=20000-temp;
Delay25ms();
}
for(i=0;i<100;i++)//逆時(shí)針減速
{
temp-=200;
PWM2T1=20000-temp;
Delay25ms();
}//上面的兩個(gè)循環(huán)執(zhí)行完后，PWM2T1=20000就不用再重新賦值了
for(i=0;i<100;i++)//順時(shí)針加速
{
temp+=200;
PWM3T1=20000-temp;
Delay25ms();
}
for(i=0;i<100;i++)//順時(shí)針減速
{
temp-=200;
PWM3T1=20000-temp;
Delay25ms();
}
}
}

復(fù)制代碼

pwm.c:

#include "PWM.h"
void PWMInit()
{
P_SW2|=0x80; //使能訪問XSFR
PWMCFG = 0x00; //配置PWM初始化電平為低電平
PWMCKS = 0x00; //選擇PWM的時(shí)鐘為Fosc/(0+1)=20M
PWMC = 20001; //設(shè)置PWM周期 PWM頻率為 PWM時(shí)鐘頻率(上行代碼)20M/20001=1k
PWM2T1 = 20000; //設(shè)置PWM2第一次反轉(zhuǎn)的PWM計(jì)數(shù)
PWM2T2 = 20001; //設(shè)置PWM2第二次反轉(zhuǎn)的PWM計(jì)數(shù)
PWM3T1 = 20000;
PWM3T2 = 20001;
PWM2CR=0x00; //輸出管腳為P3.7 無PWM中斷，無PWM反轉(zhuǎn)中斷
PWM3CR=0x00; //輸出管腳為P2.1 無PWM中斷，無PWM反轉(zhuǎn)中斷
PWMCR |= 0x03; //使能PWM2 PWM3輸出
PWMCR |= 0x80; //使能PWM博興發(fā)生器，PWM計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)

復(fù)制代碼

就貼出這兩個(gè)主要的代碼吧！全部代碼打包！

PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn).zip (41 KB, 下載次數(shù): 12)

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-6 00:20

bjyxyc 發(fā)表于 2016-2-6 00:03
用什么型號(hào)的芯片呢

IPA15w4k61s4

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-21 16:36

5. 編碼器數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)

先上一張速度圖像(用的wps表格畫的)

這是在2.5秒內(nèi)加速到最大，延遲300毫秒，再在2.5秒內(nèi)減速的圖像，一共兩個(gè)這樣的過程。
如何采集速度：
電機(jī)上有霍爾編碼器：電機(jī)轉(zhuǎn)一圈回輸出11個(gè)左右的脈沖（脈沖個(gè)數(shù)有編碼器決定），通過配置單片機(jī)的定時(shí)器3和定時(shí)器4，使其對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)，配置定時(shí)器1使其每隔8毫秒讀出脈沖來，再通過串口發(fā)給電腦，這樣就采集到了速度。
配置定時(shí)器1的代碼：

void Timer1Init(void) //8毫秒@20.000MHz
{
AUXR &= 0xBF; //定時(shí)器時(shí)鐘12T模式
TMOD &= 0x0F; //設(shè)置定時(shí)器模式
TL1 = 0xEB; //設(shè)置定時(shí)初值
TH1 = 0xCB; //設(shè)置定時(shí)初值
TF1 = 0; //清除TF1標(biāo)志
TR1 = 1; //定時(shí)器1開始計(jì)時(shí)
ET1 = 1; //允許定時(shí)器1中斷
}

復(fù)制代碼

配置定時(shí)器3、4的代碼：

void Timer_3_4_Init(void)
{
T4T3M |= 0xCC; //允許定時(shí)器3、4運(yùn)行對(duì)外部脈沖計(jì)數(shù)
IE2 &= 0x1F; //進(jìn)制定時(shí)器3、4產(chǎn)生中斷
}

復(fù)制代碼

主函數(shù)MAIN和定時(shí)器1中斷代碼：

#include "all_header.h"
//20M晶振
int num=0;
void main()
{ int i,temp=0;
PWMInit(); //PWM初始化
Uart1Init(); //串口1初始化
Timer1Init(); //定時(shí)器1初始化
Timer_3_4_Init();//定時(shí)器3 4初始化
P2M0=0x02; //芯片上電后所有與PWM相關(guān)的IO口均為高阻態(tài)
P2M1=0x00; //將PWM2和PWM3所在的IO口設(shè)置為強(qiáng)上拉（推挽）
P3M0=0x80; //取余的P2P3口為弱上拉（準(zhǔn)雙向扣）
P3M1=0x00;
EA=1; //允許總中斷
T3L=0;
T3H=0;
while(1)
{ for(i=0;i<100;i++)//正傳加速
{
temp+=200;
PWM2T1=20000-temp;
Delay25ms();
}
Delay300ms();//延遲300毫秒
for(i=0;i<100;i++)//正傳減速
{
temp-=200;
PWM2T1=20000-temp;
Delay25ms();
}
}
}
void Timer1_Int() interrupt 3
{
num=(T3H<<8)+T3L; //獲取脈沖個(gè)數(shù)
T4T3M&= 0x77; //關(guān)閉定時(shí)器3、4
T3H=T3L=0; //脈沖個(gè)數(shù)清零
T4T3M |= 0xCC; //將定時(shí)器3、4做計(jì)數(shù)用并開啟定時(shí)器3、4
UART1SendByte(num);//發(fā)送num低8位（8毫秒內(nèi)最大在17左右，num的低8位計(jì)數(shù)就夠）
}

復(fù)制代碼

實(shí)驗(yàn)所有代碼：

編碼器數(shù)據(jù)采集.zip (45.88 KB, 下載次數(shù): 12)

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-21 23:23

6.傳感器數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)
還是先上一張圖

上圖是我找了一個(gè)認(rèn)為平衡時(shí)，陀螺儀輸出的原始數(shù)據(jù)，可以大致認(rèn)為Y軸加速度的零點(diǎn)漂移大約為-390，X軸角速度零點(diǎn)漂移大約為-17。
如何得到的這些數(shù)據(jù)：
MPU6050是一個(gè)可以測(cè)加速度和角速度的6軸傳感器（里面還有一個(gè)溫度傳感器），單片機(jī)通過IIC協(xié)議和MPU6050通信，配置MPU6050，定時(shí)通信讀出數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過串口1發(fā)送給電腦。
下面是配置MPU6050的代碼：

void InitMPU6050()
{
Single_WriteI2C(PWR_MGMT_1, 0x00); //正常啟用
Single_WriteI2C(SMPLRT_DIV, 0x07); //采樣率 = 陀螺儀的輸出率 / (1 + SMPLRT_DIV)
Single_WriteI2C(CONFIG, 0x04); //Accelerometer:21hz 8.5ms ; Gyroscope:20hz 8.3ms
Single_WriteI2C(GYRO_CONFIG, 0x18); //+-2000°/s
Single_WriteI2C(ACCEL_CONFIG, 0x00); //+-2g不自檢
}

復(fù)制代碼

讀取數(shù)據(jù)的代碼：

int GetData(unsigned char REG_Address)
{
unsigned int H;
unsigned char L;
H=Single_ReadI2C(REG_Address);
L=Single_ReadI2C(REG_Address+1);
return (H<<8)+L; //和成數(shù)據(jù)
}

復(fù)制代碼

MPU6050常用寄存器：

//****************************************
//定義MPU6050內(nèi)部寄存器地址
//****************************************
#define SMPLRT_DIV 0x19 //陀螺儀采樣率0x07(125Hz)
#define CONFIG 0x1A //低通濾波頻率
#define GYRO_CONFIG 0x1B //陀螺儀自檢及測(cè)量范圍
#define ACCEL_CONFIG 0x1C //加速度自檢測(cè)量范圍
#define ACCEL_XOUT_H 0x3B
#define ACCEL_XOUT_L 0x3C
#define ACCEL_YOUT_H 0x3D
#define ACCEL_YOUT_L 0x3E
#define ACCEL_ZOUT_H 0x3F
#define ACCEL_ZOUT_L 0x40
#define TEMP_OUT_H 0x41
#define TEMP_OUT_L 0x42
#define GYRO_XOUT_H 0x43
#define GYRO_XOUT_L 0x44
#define GYRO_YOUT_H 0x45
#define GYRO_YOUT_L 0x46
#define GYRO_ZOUT_H 0x47
#define GYRO_ZOUT_L 0x48
#define PWR_MGMT_1 0x6B //電源管理 0x00正常啟用

復(fù)制代碼

IIC的代碼就不貼啦，最后打包。

主函數(shù)MAIN代碼

#include "all_header.h"
//20M晶振
int ACCEL,GYRO;
void main()
{
//設(shè)置所有IO口為弱上拉
P1M0=0x00;
P1M1=0x00;
P2M0=0x00;
P2M1=0x00;
P3M0=0x00;
P3M1=0x00;
P4M0=0x00;
P4M1=0x00;
P5M0=0x00;
P5M1=0x00;
Uart1Init(); //串口1初始化
Timer1Init(); //定時(shí)器1初始化8ms中斷
InitMPU6050(); //初始化MPU6050
Delay300ms();
EA=1; 開總中斷
while(1)
{
}
}
void Timer1_Int() interrupt 3 //定時(shí)器18ms中斷
{
ACCEL=GetData(ACCEL_YOUT_H); //讀取Y軸加速度
GYRO=GetData(GYRO_XOUT_H); //讀取X軸角速度
UART1SendByte(ACCEL); //發(fā)送加速度低八位
UART1SendByte(ACCEL>>8); //發(fā)送加速度高八位
UART1SendByte(GYRO);
UART1SendByte(GYRO>>8);
}

復(fù)制代碼

本實(shí)驗(yàn)代碼

傳感器數(shù)據(jù)采集.zip (53.16 KB, 下載次數(shù): 9)

ID:77578 · 發(fā)表于 2016-2-23 20:36

你串口助手很好啊，是什么？

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-23 22:31

moyuqilin 發(fā)表于 2016-2-23 20:36
你串口助手很好啊，是什么？

為了看數(shù)據(jù)方便，就動(dòng)手寫了這么個(gè)不能再簡陋的助手。

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-24 17:09

7. 無線通訊實(shí)驗(yàn)（藍(lán)牙）沒有nRF24l0（不會(huì)玩

，以后得鼓搗鼓搗），而且小車上有藍(lán)牙，就用藍(lán)牙啦

先上圖

左邊用的是手機(jī)藍(lán)牙串口助手，發(fā)送的 hello world，右邊在電腦串口助手接收到的。一共用了單片機(jī)上的2個(gè)串口，串口2和藍(lán)牙相連接，串口1和電腦連接。在電腦上選好串口號(hào)和波特率校驗(yàn)位，停止位，燒寫上程序就可以通信啦。
數(shù)據(jù)流向：手機(jī)藍(lán)牙-->藍(lán)牙模塊-->單片機(jī)串口2-->串口1-->電腦串口助手。感覺實(shí)際上還是串口通信，藍(lán)牙默認(rèn)的波特率是115200，名稱是HMSoft，喵大應(yīng)該是提前設(shè)置好了，通過命令可以更改藍(lán)牙的一些參數(shù)。
下面是代碼：
串口1 、2初始化代碼：

void Uart1Init(void) //115200bps@20.000MHz
{
SCON = 0x50;
AUXR |= 0x01;
AUXR |= 0x04;
T2L = 0xD5;
T2H = 0xFF;
AUXR |= 0x10;
ES=1;
}
void Uart2Init(void) //115200bps@20.000MHz
{
S2CON = 0x50; //8位數(shù)據(jù),可變波特率
AUXR |= 0x04; //定時(shí)器2時(shí)鐘為Fosc,即1T
T2L = 0xD5; //設(shè)定定時(shí)初值
T2H = 0xFF; //設(shè)定定時(shí)初值
AUXR |= 0x10; //啟動(dòng)定時(shí)器2
IE2 |=0x01; /允許定時(shí)器2中斷
}

復(fù)制代碼

串口1發(fā)送數(shù)據(jù)代碼：

void UART1SendByte(unsigned char TxD1)
{
SBUF=TxD1;
while(TI == 0);//等待發(fā)送完成
TI=0;
}

復(fù)制代碼

Main代碼：

#include "all_header.h"
//20MH
void main()
{
//P13 I/O口設(shè)置為弱上拉
P1M0=0x00;
P1M1=0x00;
P3M0=0x00;
P3M1=0x00;
Uart1Init();
Uart2Init();
EA=1;
while(1);
}
void Interrupt_Uart2(void) interrupt 8 using 1 //125hz
{
if(S2CON & 0x01)
{
S2CON&=~0x01;
UART1SendByte(S2BUF);
}
}

復(fù)制代碼

無線通訊實(shí)驗(yàn)就算完成啦

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-2-26 01:10

進(jìn)階實(shí)驗(yàn)：

1. 多傳感器數(shù)據(jù)融合

看了喵大和網(wǎng)上的資料，用互補(bǔ)濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)融合就可以滿足，但要調(diào)節(jié)好比例權(quán)重（不知道這樣說有沒有為題），我用的也是互補(bǔ)濾波。
下面就是我所觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（紅色線為融合后的數(shù)據(jù)，黑色線為由加速度算出的角度，縱軸的單位就是度，一個(gè)像素代表1度，我沒有軟件中寫坐標(biāo)）

圖1：

圖1是加速度比例權(quán)重（此圖為0.1）比較大的圖像，其代碼為CarAngle=0.9*(CarAngle+GyroSpeed*0.008)+0.1*AccelAngle;
小車稍微有點(diǎn)震動(dòng)，加速度就會(huì)變化，但是車體的角度并沒有變化，微小的晃動(dòng)是噪聲，所以由加速度算出來的角度也會(huì)有很多噪聲，加速度權(quán)重過大，就會(huì)摻雜更多的噪聲，不能反應(yīng)真實(shí)的車體角度。
圖2是車體直立突然到向一個(gè)方向，待一會(huì)，然后直立，再反相倒的車體角度的圖像。圖中的那些突起的黑線，是轉(zhuǎn)小車時(shí)突然停止產(chǎn)生的，車體的角度并沒有那樣的突變（先變大在減�。�，車體角度而只是增大然后突然不變，在由于加速度比例權(quán)重過大，可以看到融合后的圖像（紅色線）也不能真實(shí)反應(yīng)車體的角度。
圖2：

圖2是加速度比例權(quán)重適當(dāng)（此圖為0.005）的數(shù)據(jù)融合圖像。其代碼為CarAngle=0.995*(CarAngle+GyroSpeed*0.008)+0.005*AccelAngle;

可以看到在那些黑線突起地方，紅線也平滑的變化，能夠反應(yīng)真實(shí)的車體角度變化。
圖3：

圖3是車體一開始就有一定的傾斜角的情況下供電的圖像（剛開始時(shí)黑色線（也就是由加速度算出的角度）能夠反應(yīng)車體的真是角度），進(jìn)行數(shù)據(jù)融合之前沒有給車體角度賦初值（就是先先將由加速度算出的角度賦給車體角度變量）就會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。在代碼中有賦初值的注釋。
圖4：

圖4是進(jìn)行數(shù)據(jù)融合之前，給車體角度賦初值得圖像，在剛開始的圖像部分，黑色線被紅色先覆蓋了。這樣無論小車在什么角度開機(jī)，總能夠確保一開機(jī)融合后的角度都是正確的。
下面是MAIN代碼：

#include "all_header.h"
//20MHz
int AccelData;
int GyrolData;
float AccelAngle;
float GyroSpeed;
float CarAngle;
float GyroAngle;
int temp;
void main()
{
//設(shè)置所有IO口為準(zhǔn)雙向口
P0M0=0x00;
P0M1=0x00;
P1M0=0x00;
P1M1=0x00;
P2M0=0x00;
P2M1=0x00;
P3M0=0x00;
P3M1=0x00;
P4M0=0x00;
P4M1=0x00;
P5M0=0x00;
P5M1=0x00;
InitMPU6050();//MPU6050初始化
Delay300ms();
Uart1Init();//串口1初始化
AccelData=GetData(ACCEL_YOUT_H);
AccelAngle=(float)(AccelData-370)/16384.0f;
//I在此先將由加速度算出的角度給CarAngle，
//來確保一開機(jī)，融合后的角度就是正確的。
CarAngle=AccelAngle*57.2957795f;
Timer1Init();//定時(shí)器1初始化
Delay300ms();
EA=1;
while(1);
}
void Interrupt_Timer1(void) interrupt 3 //125hz
{
AccelData=GetData(ACCEL_YOUT_H); //獲取Y軸加速度
GyrolData=GetData(GYRO_XOUT_H); //獲取X軸角速度
AccelAngle=(float)(AccelData-370)/16384.0f;//出去零點(diǎn)偏移，就是你得到角度（單位是弧度）
AccelAngle=AccelAngle*57.2957795f;// 180/3.1415926535898弧度轉(zhuǎn)換為度
temp=(int)AccelAngle; //強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為整形量
UART1SendByte(temp); //發(fā)低八位
UART1SendByte(temp>>8); //發(fā)高八位
GyroSpeed=(float)(GyrolData-(-17))/16.4f;
CarAngle=0.995*(CarAngle+GyroSpeed*0.008)+0.005*AccelAngle;//互補(bǔ)濾波
temp=(int)CarAngle;
UART1SendByte(temp);
UART1SendByte(temp>>8);
}

復(fù)制代碼

實(shí)驗(yàn)代碼：

數(shù)據(jù)融合.zip (51.21 KB, 下載次數(shù): 7)

ID:94185 · 發(fā)表于 2016-2-27 17:47

寧靜清幽發(fā)表于 2016-2-26 01:10
進(jìn)階實(shí)驗(yàn)：

1. 多傳感器數(shù)據(jù)融合

非常好。繼續(xù)加油。把小車都學(xué)透~

ID:79544 · 發(fā)表于 2016-3-8 10:37

真是高手，佩服啊，長見識(shí)啦，謝謝分享

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-3-9 21:35

騰飛的龍發(fā)表于 2016-3-8 10:37
真是高手，佩服啊，長見識(shí)啦，謝謝分享

啥高手，參數(shù)調(diào)不好

，上面的都是跟著喵大學(xué)的！

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-3-24 12:55

進(jìn)階實(shí)驗(yàn)

2. PID調(diào)試

關(guān)于小車PID的調(diào)試，也在網(wǎng)上找了好多資料，也看了喵大的角度環(huán)視頻，調(diào)試經(jīng)驗(yàn)有從網(wǎng)上學(xué)的也有些自己簡單的體會(huì)。
原來沒接觸的時(shí)候也是一頭霧水（畢竟不是學(xué)自控的孩子），后來在網(wǎng)上搜了一些資料，對(duì)這些基本概念也有了大概的了解，下面說一下我對(duì)PID的了解吧！1）我對(duì)PID的理解：PID分增量式和位置式，增量式的計(jì)算結(jié)果是在上一次的控制量基礎(chǔ)上需要增加的量，或減少的量；位置式的每一次計(jì)算都是一個(gè)新的控制量的大小，而不是增加量，也不知道這說對(duì)不對(duì)（表達(dá)能力有限

）。喵大的貌似是位置式，我的代碼也是參考喵大的。PID控制一定要有反饋，要不然何談控制（有點(diǎn)像廢話

）。PID控制就是比例P、積分I、微分控制D，這些運(yùn)算是對(duì)于偏差來說的。（1）比例運(yùn)算：對(duì)偏差進(jìn)行比例運(yùn)算，就是偏差乘上一個(gè)系數(shù)，把這個(gè)偏差放大或縮小，對(duì)于平衡小車角度環(huán)來說，偏差角度=目標(biāo)角度-當(dāng)前角度，目標(biāo)角度就是平衡時(shí)候的角度，就是0嘍，比例控制量=偏差*比例系數(shù)，偏差大了，就是小車傾斜程度大了，我們給小車的電機(jī)大點(diǎn)電壓，使小車加速運(yùn)動(dòng)，來減小偏差，從而使小車趨向平衡，同理，偏差小，給電機(jī)的電壓小點(diǎn)，這就是比例控制，比例參數(shù)過小，小車“沒勁”，不能抵消自身重力，太大的話，大幅度搖擺太厲害。
（2）積分運(yùn)算：對(duì)偏差進(jìn)行積分，就是把偏差進(jìn)行累加，偏差和=偏差和+偏差*積分系數(shù)；只要出現(xiàn)偏差，通過累加就會(huì)使偏差和變大，我們給電機(jī)的電壓就要大，來使小車趨向平衡，直到偏差和為零的時(shí)候，積分這一部分對(duì)電壓控制沒有貢獻(xiàn)。相對(duì)于比例參數(shù)來說，積分系數(shù)是很小的，但積分系數(shù)過小累加和變化不明顯，控制也就不明顯，過大，即出現(xiàn)了一個(gè)很小的誤差，通過積分系數(shù)放大了好多，累加和也會(huì)變得很大，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。
（3）微分控制：就是偏差對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到的是偏差的變化率。對(duì)于小車的角度環(huán)來說偏差d=C-f(t)；C就是我們目標(biāo)角度，是一個(gè)恒定值，一般是0，f(t)是當(dāng)前的角度值，偏差d對(duì)時(shí)間求導(dǎo)=常數(shù)C對(duì)時(shí)間求導(dǎo)+f(t)對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，常數(shù)的導(dǎo)數(shù)是0，所以偏差d對(duì)時(shí)間求導(dǎo)相當(dāng)于角度對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，得到的是角速度，角速度可以直接從陀螺儀上面獲取，就不用我們運(yùn)算了，不過我們要注意角速度的正負(fù)號(hào)。角速度的正負(fù)號(hào)代表小車像前還是向后倒下了，可以自己規(guī)定。角速度的絕對(duì)值代表小車倒下的速度，小車倒下的速度越快，我們就要給小車電機(jī)更大的電壓，來抵消小車倒下，微分控制起到加快調(diào)節(jié)的作用。微分控制量=角速度*微分系數(shù)，我們把角速度乘以一個(gè)系數(shù)（也就是微分系數(shù)）就得到微分控制部分的控制量的大小了。微分系數(shù)太小也不能抵消小車的倒下，太大了會(huì)使小車小幅度高頻震蕩，容易燒驅(qū)動(dòng)。
以上只是我的簡單理解，有什么不對(duì)或者不全的地方還請(qǐng)大家指出，共同進(jìn)步

。
2）調(diào)試
關(guān)于平衡車的控制，用到了兩個(gè)環(huán)的控制，分別是角度環(huán)和速度環(huán)，角度環(huán)用PD，速度環(huán)用PI，在只有角度環(huán)的時(shí)候我也用過PID，以可以達(dá)到平衡，但是由于沒有速度環(huán)，小車不一定跑到哪了。
寫一下主要的公式：

角度環(huán)：角度偏差d_Angle=SetAngle-CarAngle; AngleCtrlOut=d_Angle*P_Angle+w*D_Angle; w是角速度，在這之前還要對(duì)小車的角度進(jìn)行濾波，前面的實(shí)驗(yàn)有過介紹，AngleCtrlOut是角度環(huán)的PWM輸出。
速度環(huán)：速度偏差d_Speed=SetSpeed-CarSeed; Car_I=Car_I+d_Speed*I_Speed; SpeedCtrlOut=d_Speed*P_Speed+CarI; SpeedCtrlOut是速度環(huán)的PWM輸出。這些系數(shù)與單片機(jī)PWM的最大量有關(guān)系，比如單片機(jī)PWM的最大量是10000；在調(diào)角度環(huán)的時(shí)候一般是先讓微分系數(shù)D_Angle=0，先只調(diào)比例系數(shù)，這樣AngleCtrlOut=d_Angle*P_Angl;當(dāng)偏差角度 d_Angle=10度，比例系數(shù)P_Angle=10，AngleCtrlOut才=100，小車PWM輸出占PWM最大量的1%，理論上小車電機(jī)的轉(zhuǎn)速為最快轉(zhuǎn)速的1%（實(shí)際上達(dá)不到，也有可能死區(qū)電壓都沒過），這樣小車沒有足夠的加速度來克服重力使車達(dá)到平衡。比例系數(shù)P_Angle還需要調(diào)大。但是當(dāng)單片機(jī)PWM的最大量是256的時(shí)候，偏差角度 d_Angle=10度，比例系數(shù)P_Angle=10的時(shí)候，AngleCtrlOut還是=100，約占PWM最大量的39%，這個(gè)系數(shù)可能還靠點(diǎn)譜，所以說這些系數(shù)PWM最大量是有關(guān)系的。
調(diào)試這些系數(shù)的過程：先調(diào)角度環(huán)，再速度環(huán)。關(guān)于反饋類型說的文鄒鄒點(diǎn)：角度環(huán)是負(fù)反饋，速度環(huán)是正反饋。說的通俗點(diǎn)：角度環(huán)中，偏差角度變大時(shí)，小車要控制偏差角度減小，就是讓車輪朝著倒下的方向加速轉(zhuǎn)。速度環(huán)中，速度變大，我們得給小車更快的速度，讓小車追上自己，保持平衡。在調(diào)試的時(shí)候，可以分別調(diào)一下兩個(gè)環(huán)，注意參數(shù)的正負(fù)，保證每個(gè)環(huán)，都是使車輪朝向小車傾斜的方向轉(zhuǎn)就行了，在只有速度環(huán)時(shí)，手動(dòng)轉(zhuǎn)一個(gè)車輪，另一個(gè)車輪會(huì)慢慢轉(zhuǎn)起來，最終兩個(gè)車輪越轉(zhuǎn)越快。
調(diào)角度環(huán)時(shí)，一般是先讓微分系數(shù)D_Angle=0，先只調(diào)比例系數(shù)，調(diào)到能使小車站起來，在平衡位置來回的擺動(dòng)，再稍微增加比例系數(shù)，加入微分系數(shù)D_Angle，微分系數(shù)D_Angle從小到大。調(diào)到小車能夠比較穩(wěn)定的平衡，這時(shí)候，你輕推小車，小車會(huì)朝著一個(gè)方向加速跑過去，直至倒下。這個(gè)也是正常的，當(dāng)然小車能接近平衡跑的越遠(yuǎn)說明參數(shù)越好，加入速度環(huán)可以解決這個(gè)問題，如果不加速度環(huán)，在角度環(huán)里面加入對(duì)偏差的積分（累加偏差），也能使小車平衡。只是對(duì)小車的速度沒法控制。
調(diào)速度環(huán)時(shí)，一般是先讓積分系數(shù)I_Speed=0，先只調(diào)比例系數(shù)，由0開始增加，調(diào)到你推一下小車，小車能有足夠的加速度來使小車保持平衡，這時(shí)小車新的平衡位置不再原地了，感覺小車能夠很好的保持平衡之后，這時(shí)再加速度積分，加入速度積分后，小車會(huì)趨向于原地平衡
我的理解就是這些，有什么不對(duì)或者不全的還請(qǐng)大家指出來，一塊討論共同學(xué)習(xí)哈。我自己感覺對(duì)于車速控制的理解還不夠深，對(duì)于兩個(gè)車輪速度分別控制還有待加強(qiáng)。
挺感謝喵大的這個(gè)平臺(tái)的，給我提供了學(xué)習(xí)平衡車基礎(chǔ)，有機(jī)會(huì)讓我這樣的平衡車入門級(jí)玩家能從頭到尾深刻了解平衡車的原理。給這個(gè)網(wǎng)站平臺(tái)點(diǎn)個(gè)贊，給喵大的開源精神點(diǎn)個(gè)贊，給喵大的熱心腸點(diǎn)個(gè)贊。

本想弄點(diǎn)圖片的，電池，又讓我弄過放了，廢了，平衡充接電池的時(shí)候，接反了一下，燈不亮了，平衡沖也出問題了。唉我勒個(gè)去，我也是被自己整無語了。在下個(gè)實(shí)驗(yàn)中在上圖片吧。

ID:104166 · 發(fā)表于 2016-4-16 23:09

進(jìn)階實(shí)驗(yàn)
3. 實(shí)現(xiàn)平衡小車直立時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)
下面兩個(gè)圖片是小車靜止時(shí)受到干擾后小車運(yùn)動(dòng)的圖片

第一張圖的速度環(huán)是用的PI，第張圖用的是PD，可以看到第一張圖中：用手推車，車會(huì)回到原來的位置；第二張圖中：用手推車則不會(huì)會(huì)到原來的位置。下面是代碼：

Speed_Least=(float)(g_iLeftMotorPluseSigma+g_iRightMotorPluseSigma)/2.0;//獲取速度
g_iRightMotorPluseSigma=g_iLeftMotorPluseSigma=0;//速度清零
g_fCarSpeed=Speed_Least*0.75+g_fCarSpeed*0.25;//速度濾波
fDelta = g_iCarSpeedSet;//此處全局整形目標(biāo)車速 g_iCarSpeedSet為零
fDelta -= g_fCarSpeed;//得到速度偏差
fP = fDelta*g_fcSpeed_P;//速度偏差乘上比例系數(shù)

復(fù)制代碼

上面代碼是兩個(gè)車速度環(huán)的公共代碼。

下面是第一個(gè)圖片中PI速度環(huán)的代碼：

fI = fDelta*g_fcSpeed_I;速度偏差乘上積分系數(shù)
g_fCarPosition += fI; //偏差累加，在開始初始化的時(shí)候g_fCarPosition是為零的
/****************加入積分限幅*****************/
if(g_fCarPosition>20000)g_fCarPosition=20000;
if(g_fCarPosition<-20000)g_fCarPosition=-20000;
/*********************************************/
g_fSpeedCtrlOut = fP+g_fCarPosition;//速度環(huán)控制量輸出

復(fù)制代碼

下面是第二個(gè)圖片中PD速度環(huán)的代碼：

fD = (fDelta-g_fcSpeedDerta)*g_fcSpeed_D;//得到速度的變化率
g_fSpeedCtrlOut = fP+fD;<span style="line-height: 1.5;">//速度環(huán)控制量輸出</span>

復(fù)制代碼

所有代碼：

所有代碼.zip (144.52 KB, 下載次數(shù): 36)
附件里的代碼跟喵大的差不多，我是照著喵大的代碼敲的，不過我的這個(gè)有些地方比較難看。我剛開始看喵大的代碼的時(shí)候，看著也頭大，后來我就先看程序名，看看這個(gè)程序的流程；看個(gè)大概了，之后再了解程序的細(xì)節(jié)，死扣每一句，之后慢慢理解了小車。

由衷感謝喵大的這個(gè)平臺(tái)，讓我學(xué)到了平衡小車的知識(shí)，感謝，感謝，感謝。

ID:102157 · 發(fā)表于 2016-4-21 10:47

厲害,大神,請(qǐng)接下我的膝蓋

你做了轉(zhuǎn)向沒?

ID:114829 · 發(fā)表于 2016-5-4 12:43

樓主能否給我一份具體的資料啊？

ID:145818 · 發(fā)表于 2016-11-2 22:11

不錯(cuò)�。。。≈档脤W(xué)習(xí)！

ID:200681 · 發(fā)表于 2017-5-14 17:31

值得學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，我也在做小車，希望最后能夠成功

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