標(biāo)題: 飛思卡爾單軸兩輪平衡車(chē)制作經(jīng)驗(yàn)交流，附資料 [打印本頁(yè)]
作者: 51hei學(xué)習(xí)技術(shù)中    時(shí)間: 2016-10-18 16:53
標(biāo)題: 飛思卡爾單軸兩輪平衡車(chē)制作經(jīng)驗(yàn)交流，附資料
辛苦了大概兩個(gè)多月，之前一直都調(diào)不好。中間也遇到了很多的問(wèn)題，但當(dāng)問(wèn)題解決后每次都是重大的突破�，F(xiàn)在就介紹一下，制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題。
                1、關(guān)于加速度計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)
                要制作自平衡車(chē)，角度和角速度的計(jì)算就很重要。關(guān)于加速度計(jì)和陀螺儀的使用就不多說(shuō)了，他們一個(gè)用來(lái)測(cè)加速度計(jì)，一個(gè)用來(lái)測(cè)角速度。
                把從加速度計(jì)讀出來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成角度，要乘以一個(gè)比例系數(shù)。在轉(zhuǎn)換成角度角度的過(guò)程中，可以完全不用三角函數(shù)（因?yàn)檐?chē)的傾角其實(shí)不會(huì)超過(guò)正負(fù)10度，后面會(huì)提到），直接把（最大值-最小值）/90（/2如果有正負(fù)的話(huà)）作為比例系數(shù)就可以了（這樣可以和真實(shí)角度比較）。其實(shí)理論上這個(gè)比例系數(shù)是什么都可以，因?yàn)楹竺嫱勇輧x轉(zhuǎn)換系數(shù)是根據(jù)加速度計(jì)的轉(zhuǎn)換比例系數(shù)跳出來(lái)的，所以加速度計(jì)的比例系數(shù)無(wú)論是什么值都沒(méi)有影響。

                2、關(guān)于陀螺儀轉(zhuǎn)換系數(shù)
                陀螺儀的轉(zhuǎn)換系數(shù)需要根據(jù)濾波的波形來(lái)調(diào)（我是在飛思卡爾公布的官方方案中看到的，經(jīng)實(shí)踐千真萬(wàn)確），陀螺儀的轉(zhuǎn)換系數(shù)不用去算，只需要通過(guò)看波形去調(diào)就可以了，直到不超調(diào)也不滯后就可以了，具體的可以看附件官網(wǎng)方案中的93頁(yè)（第二版）。

                3、關(guān)于濾波
                角度濾波有很多方案，我所知道的是互補(bǔ)濾波、官網(wǎng)的方案和卡爾曼濾波，我的感想是什么濾波都不重要，重要的是參數(shù)要調(diào)好。

                互補(bǔ)濾波：這是很簡(jiǎn)單也很實(shí)用的方法，其實(shí)和官網(wǎng)的方案有一點(diǎn)類(lèi)似的地方，在網(wǎng)上有一個(gè)很著名的20頁(yè)的PPT文件The Balance Filter，介紹的是互補(bǔ)濾波，相信大家看了之后都會(huì)明白的。在文件中，作者把高通濾波系數(shù)a和時(shí)間常數(shù)T（濤，不知道怎么打出來(lái)）及采樣周期dt用一個(gè)公式建立了聯(lián)系，而我的經(jīng)驗(yàn)是，我們不要用這個(gè)公式去計(jì)算。高通濾波系數(shù)取0.98（不能比0.98再小了，會(huì)不平滑），采樣周期根據(jù)你程序的需要是多少就多少（5ms的效果會(huì)比10ms好很多，越小越好），濾波可以通過(guò)調(diào)陀螺儀的轉(zhuǎn)換系數(shù)達(dá)到很好的效果。也就是說(shuō)，用互補(bǔ)濾波的關(guān)鍵調(diào)試參數(shù)是陀螺儀轉(zhuǎn)換系數(shù)，把加速度計(jì)轉(zhuǎn)換系數(shù)、高通濾波系數(shù)和采樣周期定好之后，只需要調(diào)試陀螺儀轉(zhuǎn)換系數(shù)就可以達(dá)到滿(mǎn)意的效果了
                PS：互補(bǔ)濾波的效果一定不差，我看過(guò)網(wǎng)上用互補(bǔ)濾波和單純的P控制達(dá)到很好的效果的。

                官網(wǎng)濾波方案：我總覺(jué)得官網(wǎng)的和互補(bǔ)濾波有些相似，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，效果也是很好的。具體的公式在參考方案里面也有。調(diào)試的關(guān)鍵就是陀螺儀轉(zhuǎn)換系數(shù)。

                卡爾曼濾波：一直沒(méi)用過(guò)，也不會(huì)用，主要是沒(méi)弄懂。我不喜歡用一知半解的東西，因?yàn)槌霈F(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候排查不出來(lái)或者不知道怎么解決問(wèn)題。網(wǎng)上也有很多卡爾曼濾波的程序，因?yàn)橐恢笨床欢瓦B試也沒(méi)試。如果會(huì)用的話(huà)，效果應(yīng)該是好的，但我不會(huì)用。如果有誰(shuí)用興趣的話(huà)還請(qǐng)多多指教，互相交流一下。

                4、關(guān)于控制
                當(dāng)然有再好的角度和角速度控制不好的話(huà)也是站不好的�？刂凭陀靡话愕腜ID控制，PWM=P*角度+D*角速度，這里沒(méi)用積分控制，效果已經(jīng)很好了。
                在官網(wǎng)的方案中，還加上了死區(qū)電壓，我的最大的體會(huì)就是，這個(gè)死區(qū)電壓是可以不要的，而且不要更好（或者去一個(gè)小一點(diǎn)的值）。
                這樣的話(huà)就要把P調(diào)的很大。具體是多大呢，至少是電機(jī)滿(mǎn)值的十分之一（五分之一甚至三分之一都是沒(méi)問(wèn)題的），例如電機(jī)最大輸出是1的話(huà)，P取0.1、0.2、0.3都是沒(méi)問(wèn)題的（官網(wǎng)的方案好像是取的0.3），如果點(diǎn)擊最大輸出是5000的話(huà)，那么P取500、1000、1500都是可以的，（當(dāng)然前提是加速度計(jì)轉(zhuǎn)換系數(shù)轉(zhuǎn)換出來(lái)的角度值和真實(shí)值相當(dāng)，否則另當(dāng)別論）。所以車(chē)模的角度應(yīng)該不會(huì)超過(guò)正負(fù)十度，因?yàn)楫?dāng)P=0.3的時(shí)候，車(chē)模有三度多的偏差時(shí)電機(jī)就滿(mǎn)電壓輸出了。我之前就是一直用一個(gè)很小的P去調(diào)，原來(lái)所有的問(wèn)題就在于把P調(diào)大就可以了。
                至于D的話(huà)，大概在P的七十分之一或八十分之一之間都是可以有很好的效果的。這個(gè)關(guān)系就和加速度轉(zhuǎn)換系數(shù)沒(méi)有關(guān)系了。比如官網(wǎng)中P=0.3則D=0.3*1/75=0.004，在我這里P=1000，則D=1000*1/75=13.3，效果都是很好的。PS：這個(gè)關(guān)系只是在車(chē)模靜止平衡時(shí)的關(guān)系，行進(jìn)中的關(guān)系我還沒(méi)有實(shí)驗(yàn)過(guò)。

                5、說(shuō)明
                （1）陀螺儀的過(guò)沖是一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，高通濾波的那個(gè)電容是不可取的，要把它去掉才好。
                （2）每一步都是關(guān)鍵，要真正理解原理才會(huì)知道怎么調(diào)

互補(bǔ)濾波器The Balance Filter.rar

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作者: 瑩狼夢(mèng)    時(shí)間: 2017-3-15 14:15
謝謝樓主



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