两轮小车走直线是要分别对左右两个电机进行PID控制吗

lengmian · 发表于 2012-7-28 08:15:11

我正在做一个小车，前面一个轮子是万向轮做的，后面两个轮子分别用两个电机进行控制，
现在的情况是左右两个电机给相同大小的pwm，但是两个电机稳定后的转速不同，
我的电机转速测量是用光电开关测频率的方法得到的，用示波器检测过比较准确的，
现在通过这样一个算法：
如果左轮比右轮速度快，那么左轮pwm-1，右轮pwm+1，空载的情况下，小车左右两个轮子速度接近，一会儿左面的大些，一会儿右面的大些，但放到地上以后就直接跑偏了，

我现在想知道如果我用PID算法的话，是不是分别对两个小车进行PID控制呢？

tiancaigao7 · 发表于 2012-7-28 08:25:27

用PID专门控制左右两个轮子的转速差，这个转速差叠加在一个恒定的转速上就可以实现转向和直行控制。

lengmian · 发表于 2012-7-28 08:29:59

tiancaigao7 发表于 2012-7-28 08:25
用PID专门控制左右两个轮子的转速差，这个转速差叠加在一个恒定的转速上就可以实现转向和直行控制。 ...

就是给一个转速差定值，然后用PID去控制使转速差趋于这个定值？楼主，我是新手，您仔细说说，得到的PID控制参量叠加在哪一个轮子的pwm上呢？现在就是想找一个恒定的转速，左右两轮转速不一样啊

tiancaigao7 · 发表于 2012-7-28 09:40:24

恒定的速度就是你的前进速度，假设你的两个轮子速度一样，现在你发现需要左转，这个时候PID控制器会降低左轮速度（假设PWM-n），同时增加右轮速度（假设PWM+n）。这样就可以实现左转，但是同时小车还需要前进，因此在保证小车的前进速度需要给PWM M，因此左轮的PWM占空比为M-n，右轮为M+n这样就能保证小车在前进过程中，左转。而PID控制器控制的是n的大小。当然如果你需要同时控制前进速度的话，就需要增加一个PID控制器。

cemi · 发表于 2012-7-28 22:10:05

我最近也在做这个，请问有没有相关例程可以参考一下？

lengmian · 发表于 2012-7-29 09:32:16

tiancaigao7 发表于 2012-7-28 09:40
恒定的速度就是你的前进速度，假设你的两个轮子速度一样，现在你发现需要左转，这个时候PID控制器会降低左 ...

其实，我还是不大懂，您看一下，我是这个意思，我想把做右轮速度偏差控制成0，所以在
void IncPIDInit(void)
{
sptr->SumError=0;
sptr->LastError=0;
sptr->PrevError=0;
sptr->Proportion=3;
sptr->Integral=0;
sptr->Derivative=0;
sptr->SetPoint=0;
}

int IncPIDCalc(int NextPoint)
{
int iError,iIncpid;
iError=sptr->SetPoint-NextPoint;
iIncpid=sptr->Proportion*iError -sptr->Integral*sptr->LastError+sptr->Derivative*sptr->PrevError;
sptr->PrevError=sptr->LastError;
sptr->LastError=iError;
return(iIncpid);
}
里面 SetPoint=0；
然后我随便用一个参数sptr->Proportion=3,这样我每次采样50ms，然后把数据送到上面的结构体里计算，得到iIncpid我要怎么处理，它对应的到底是什么，我是直接用这个参数当做pwm是用还是左轮的pwm+iIncpid当做pwm ，这上面输入的Nextpoint是当前的左轮减去右轮的差值

希望您帮一下，我不大懂怎么去控制这个

tianyuhui · 发表于 2012-7-29 09:43:46

同求高人详解该问题...

tiancaigao7 · 发表于 2012-7-29 09:58:42

首先你的PID公式有问题，看你的公式，用的应该是位置式PID，但是这个PID的积分应该是历次的偏差的积分。如果你用的是相对PID，那么比例部分，应该是本次偏差和上一次偏差之差。另外，在你这里，PID的输出当成PWM占空比的变化量是可以的，不过P I D这三个参数需要自己调试，这个只能通过实验来看自己调整。

lengmian · 发表于 2012-7-29 11:15:55

tiancaigao7 发表于 2012-7-29 09:58
首先你的PID公式有问题，看你的公式，用的应该是位置式PID，但是这个PID的积分应该是历次的偏差的积分。如 ...

谢谢您，那错误我明白了，那您看我这个问题适合用增量式还是位置式？

werren · 发表于 2012-8-11 16:51:46

tiancaigao7 发表于 2012-7-28 09:40
恒定的速度就是你的前进速度，假设你的两个轮子速度一样，现在你发现需要左转，这个时候PID控制器会降低左 ...

控制转速差误差累积很快。我使用700线的编码。每2ms计数一次让转速稳定控制在6，但是这个不可能保证一定是6，还是会在6±1波动，1s计算500次，误差累积还是相当快，转一圈最大就可能有500个脉冲误差，一圈总共才700个脉冲。如何才能稳定地控制？

werren · 发表于 2012-8-11 16:53:53

werren 发表于 2012-8-11 16:51
控制转速差误差累积很快。我使用700线的编码。每2ms计数一次让转速稳定控制在6，但是这个不可能保证一定 ...

对了，我点击控制的pwm使用100hz，想起来好像跟这个关系很大。

ldh0504 · 发表于 2012-8-21 17:05:36

werren 发表于 2012-8-11 16:51
控制转速差误差累积很快。我使用700线的编码。每2ms计数一次让转速稳定控制在6，但是这个不可能保证一定 ...

我想问您一下编码器的数据是怎么得到的呢？

werren · 发表于 2012-8-24 10:25:43

ldh0504 发表于 2012-8-21 17:05
我想问您一下编码器的数据是怎么得到的呢？

ETR 外部脉衝計數（紅外對射管+齒輪盤輸出）得到。每隔2ms就去讀取一次。

werren · 发表于 2012-9-23 09:34:15

tiancaigao7 发表于 2012-7-28 08:25
用PID专门控制左右两个轮子的转速差，这个转速差叠加在一个恒定的转速上就可以实现转向和直行控制。 ...

如果这样的话只有一个轮子性能好的。控制速度差只能一个轮子跟另外一个轮子。
/ ============== car  blance modulation
// ============== car  blance modulation
// =======================================================  PID compute
if(motion)
{
IRSensor_ON();             //turn on the ir sensor
            pwm = IncPIDCalc(&A,(LDelta+RDelta)/2);
dDpwm = LDelta-RDelta;          //两轮速度差
dtpwm = IncPIDCalc(&B,dDpwm);
Lpwm = pwm+dtpwm;
if(Lpwm>250)Lpwm = 250;
if(Lpwm<0)Lpwm = 0;

Rpwm = pwm-dtpwm;
     if(Rpwm>250)Rpwm = 250;

if(Rpwm<0)Rpwm = 0;
HB = 1;
}
// =======================================================PID compute
// ==========================================movement handle
      Pre_motion = motion;    //记录上一次的运动状态，若有改变运动状态则根据相应的动作来协调计数
if(motion==FORWARD)
CarMove(250+Lpwm,250+Rpwm);//<<======用手抓左轮，这样结果是左轮pid马上起作用，控制速度差；用手抓右轮左轮却偏快了。原因是左轮明显右边轮子慢下来。有没有办法右轮也ok？

bsz84 · 发表于 2012-9-23 10:23:00

顶一下让更多的高手出来参加讨论。

tiancaigao7 · 发表于 2012-9-23 14:29:30

werren 发表于 2012-9-23 09:34
如果这样的话只有一个轮子性能好的。控制速度差只能一个轮子跟另外一个轮子。
/ ============== car bla ...

你的目的是要控制小车走直线，而不是控制两个轮子速度相同，我说的分别施加转速差，输入应该是你的小车的偏角，而不是轮子的速度差。

风烟雨风 · 发表于 2012-10-11 01:40:33

werren 发表于 2012-8-11 16:51
控制转速差误差累积很快。我使用700线的编码。每2ms计数一次让转速稳定控制在6，但是这个不可能保证一定 ...

可以采用位置差（及两轮行走距离差）作为误差来进行PID运算，最近我也在做

ldh0504 · 发表于 2012-10-11 12:08:25

ldh0504 发表于 2012-8-21 17:05
我想问您一下编码器的数据是怎么得到的呢？

我现在用的传感器是用角度传感器和加速度传感器融合一体的~ 现在角度已经测出来了加速度求出来了之后PID部分怎么样控制 PID 我用位置式的PID 电机是用12V的直流电机没有用到编码器请问一下电机输出的PID 应该怎么去调节呢您用的PID 是什么式的呢

werren · 发表于 2012-10-11 15:30:25

风烟雨风发表于 2012-10-11 01:40
可以采用位置差（及两轮行走距离差）作为误差来进行PID运算，最近我也在做 ...

是的，我後來也是這樣處理，這樣就沒有累積誤差。

风烟雨风 · 发表于 2012-10-11 22:21:57

werren 发表于 2012-10-11 15:30
是的，我後來也是這樣處理，這樣就沒有累積誤差。

但是现在一直没有调出来，不知道怎么调试参数急求啊希望指教一下

werren · 发表于 2012-10-16 08:53:45

风烟雨风发表于 2012-10-11 22:21
但是现在一直没有调出来，不知道怎么调试参数急求啊希望指教一下

調試時候可以將PID計算結果實時show出來（這樣就可以直觀看出數據變化，然後需要將參數加大還是減小），先調節P再調節I。
只用P的話已經能夠達到不錯的效果了。你可以試試先往大的調，能穩定轉起來后再將P調小，直到轉速穩定或者振盪，加入I參數。再湊一下基本上可以用了。

以上是我的調試經驗。。。。我也是第一次用PID

风烟雨风 · 发表于 2012-10-18 17:07:31

werren 发表于 2012-10-16 08:53
調試時候可以將PID計算結果實時show出來（這樣就可以直觀看出數據變化，然後需要將參數加大還是減小）， ...

你调的误差有多少
能仔细请教一下吗
我的QQ号是505800119

werren · 发表于 2012-10-19 13:11:53

风烟雨风发表于 2012-10-18 17:07
你调的误差有多少
能仔细请教一下吗
我的QQ号是505800119

誤差跟你的轉速設定有關係，我的電機是經過變速箱的。但是我測試的是沒有經過變速箱的原始轉速。我使用外部中斷，上升沿和下降沿都能觸發中斷。車輪轉一圈可以計數約700個脉衝，中斷上升下降沿都計數可以計到1400次。我10ms 讀一次轉速，將讀出轉速做參數給pid計算，計算結果直接作為pwm控制電機。假設我設定速度是每10ms 20個脉衝那麼基本上可以穩定在20±3 ，手去抓車輪機會不會感到轉速慢下來，扭力很大，看串口輸出結果也是在短時間內看到比較大的轉速波動而已。

风烟雨风 · 发表于 2012-10-20 16:37:05

我的情况跟你差不多，车轮转一圈大约700个脉冲，然后我是记700次，采样周期是20ms.
现在主要情况是我使用PID调时，（不放在地上）左右轮差距最多为20左右，但是放在地上后偏差很大。
不知道你的在正常情况下左右轮计数的差值最大大概多大？

风烟雨风 · 发表于 2012-10-20 16:37:28

werren 发表于 2012-10-19 13:11
誤差跟你的轉速設定有關係，我的電機是經過變速箱的。但是我測試的是沒有經過變速箱的原始轉速。我使用外 ...

我的情况跟你差不多，车轮转一圈大约700个脉冲，然后我是记700次，采样周期是20ms.
现在主要情况是我使用PID调时，（不放在地上）左右轮差距最多为20左右，但是放在地上后偏差很大。
不知道你的在正常情况下左右轮计数的差值最大大概多大？

werren · 发表于 2012-10-22 09:05:26

风烟雨风发表于 2012-10-20 16:37
我的情况跟你差不多，车轮转一圈大约700个脉冲，然后我是记700次，采样周期是20ms.
现在主要情况是我使用 ...

可能我們的做法還是有差異。
PID我分為兩部份一部份計算控制小車的前進速度的pwm ，一部份做左右輪子平衡的pwm，我記得大概前進的時候是一般是在±4內波動，因為我是用累積的，所以沒有誤差積分。
但是這個情況下不一定能走直，想了好久，加了一個平衡誤差的虛參數，終於走直線了。見一下部份代碼
if(motion)
{
            pwm = IncPIDCalc(&SPEED,(LDelta+RDelta)/2); //小车恒定速度计算

switch(motion){
case FORWARD:dSPEED.SetPoint = 0x00; //DIF是纠正参数  ，在小车前进或后退，没有传感器的状况下为保证
   dTotal = TotalCntL*DIFF- TotalCntR; //运动路径为直线，必须做平衡去掉机械误差
   //dTotal = TotalCntL*Line- TotalCntR;
   dtpwm = dtIncPIDCalc(&dSPEED,dTotal/8);break; //切此处用的速度计算是使用当前计数总和减去上一次计数总和，避免误差的累积
case REVERSE:dSPEED.SetPoint = 0x00;
   dTotal = TotalCntL*DIFR- TotalCntR; //DIF是纠正参数
   dtpwm = dtIncPIDCalc(&dSPEED,dTotal/8);break;
default:
   dTotal = TotalCntL- TotalCntR;
   dSpd = LDelta-RDelta; //左右转速差值
   dtpwm = dtIncPIDCalc(&dSPEED,dSpd);break;
}
Lpwm = pwm+dtpwm; //恒定速度控制+差分速度控制
if(Lpwm>250)Lpwm = 250; //小车PWM的控制范围为0-250 所以要做限制
if(Lpwm<0)Lpwm = 0;

Rpwm = pwm-dtpwm;
     if(Rpwm>250)Rpwm = 250;
if(Rpwm<0)Rpwm = 0; //使能H桥
HB = 1;
}
if(!(motion&0x0f))
HB = 0;//如果不在运动状态就把H桥进入休眠，避免电机狂转

                                                                              ……

风烟雨风 · 发表于 2012-10-29 19:35:49

果然不太一样，
dtIncPIDCalc(&dSPEED,dTotal/8); 再问一句，能看一下你这个函数是怎么写的吗
多谢了

风烟雨风 · 发表于 2012-11-5 22:37:55

werren 发表于 2012-10-22 09:05
可能我們的做法還是有差異。
PID我分為兩部份一部份計算控制小車的前進速度的pwm ，一部份做左右輪子平 ...

果然不太一样，
dtIncPIDCalc(&dSPEED,dTotal/8); 再问一句，能看一下你这个函数是怎么写的吗
多谢了

werren · 发表于 2012-11-6 08:46:10

风烟雨风发表于 2012-11-5 22:37
果然不太一样，
dtIncPIDCalc(&dSPEED,dTotal/8); 再问一句，能看一下你这个函数是怎么写的吗
多谢了 ...

標準的增量式PID 寫法
int dtIncPIDCalc(PID *sptr,int NextPoint)
{
  register int iError, iIncpid;
//当前误差
  iError = sptr->SetPoint - NextPoint;
//增量计算

  iIncpid  = sptr->Proportion * iError             //E[k] 项
         - sptr->Integral * sptr->LastError    //E[k－1]项
         + sptr->Derivative * sptr->PrevError; //E[k－2]项
//存储误差，用于下次计算
  sptr->PrevError = sptr->LastError;
  sptr->LastError = iError;
//返回增量值
return(iIncpid);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//数据结构
typedef struct PID
{
   int  SetPoint;    // 设定目标 Desired Value
   long  SumError;             //误差累计

   float  Proportion;       // 比例常数 Proportional Const
   float  Integral;          // 积分常数 Integral  Const
   float  Derivative;       // 微分常数 Derivative Const

   int LastError;             //Error[-1]
   int PrevError;             //Error[-2]
} PID;

风烟雨风 · 发表于 2012-11-7 00:50:11

werren 发表于 2012-11-6 08:46
標準的增量式PID 寫法
int dtIncPIDCalc(PID *sptr,int NextPoint)
{

恩多谢了
我的小车跟你的基本要求一样。就是让小车能沿直线行走固定的距离。
现在走直线问题不大，行走固定的步数又是新问题了，不知能否指教一下？

werren · 发表于 2012-11-9 10:08:08

风烟雨风发表于 2012-11-7 00:50
恩多谢了
我的小车跟你的基本要求一样。就是让小车能沿直线行走固定的距离。
现在走直线问题不大，行走 ...

我的做法是設置計數比如兩萬次走直線，然後測量實際走的距離最後求平均每計數一次小車移動的距離，把這個當做參數來用咯。

dmjkun · 发表于 2012-11-9 11:43:30

我也想知道，两电机如果其中一个电机在运动过程中遇到有障碍物，怎样做同步控制，就是一个慢了另外一个快的怎样慢下来

风烟雨风 · 发表于 2012-11-10 09:21:06

werren 发表于 2012-11-9 10:08
我的做法是設置計數比如兩萬次走直線，然後測量實際走的距離最後求平均每計數一次小車移動的距離，把這個 ...

太谢谢了麻烦你这么多

风烟雨风 · 发表于 2012-11-10 09:22:27

dmjkun 发表于 2012-11-9 11:43
我也想知道，两电机如果其中一个电机在运动过程中遇到有障碍物，怎样做同步控制，就是一个慢了另外一个快的 ...

我是用光电编码器检测，然后调整PWM参数

雨念 · 发表于 2013-10-4 22:24:17

werren 发表于 2012-10-22 09:05
可能我們的做法還是有差異。
PID我分為兩部份一部份計算控制小車的前進速度的pwm ，一部份做左右輪子平 ...

看了你们的讨论，我感觉收获很大啊！太感谢了！
但是我有个问题，IncPIDCalc（……）和dtIncPIDCalc（……）有什么区别吗，难道不是增量式PID调节？能看看这个函数的具体定义吗？谢谢了！

sunismyself-la · 发表于 2013-12-11 23:44:23

mark mark mark

yuesheng1991 · 发表于 2014-4-17 12:50:20

cool 收藏，正好需要用

杏仁酥 · 发表于 2016-7-4 16:32:52

mark下，以后慢慢琢磨，正在想这个问题，谢谢

jihongyuan · 发表于 2016-7-6 09:17:50

好贴 mark一下

xaviersw · 发表于 2020-12-19 16:23:53

不错的贴，收起来

两轮小车走直线是要分别对左右两个电机进行PID控制吗

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