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1、Arduino 智能平衡智能平衡小车小车 原理及调试原理及调试篇篇烧录工具：烧录工具：Arduino 官方官方IDEPID调试调试 平衡小车主程序平衡小车主程序 使用使用Arduino IDE 对程序进行编译对程序进行编译陀螺仪pDM1M2脉冲PI+角度角速度+速度给定+路程速度+旋转角度 D旋转初始车速 P1.角度角度 PID2.速度速度 PID角度控制需要调节的平衡参数：角度控制需要调节的平衡参数：P（比例参数）（比例参数） D（微分参数）（微分参数）速度控制需要调节的平衡参数：速度控制需要调节的平衡参数：P（比例参数）（比例参数） I（积分参数）（积分参数）K1 P:回复力系数回复力系数
2、 克服外力克服外力 使小使小车保持直立车保持直立过大会导致小车在直立点摆动过大会导致小车在直立点摆动K2 D:阻尼力系数阻尼力系数 克服抖动克服抖动所以我们可以先所以我们可以先P 后后D的方式调的方式调整整 而而P D设定值是根据小车本身设定值是根据小车本身实际情况而定。实际情况而定。平衡小车原理：如倒立摆平衡小车原理：如倒立摆 PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节值调节 在没有回复力和阻尼力介入之前，既在没有回复力和阻尼力介入之前，既P值为值为0，看小车，看小车在重力作用下，运动状态是怎么样在重力作用下，运动状态是怎么样PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节
3、值调节P值从小到大值从小到大 先从先从P=2开始，看小车的直立效果如何开始，看小车的直立效果如何PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节值调节P值从小到大值从小到大 设设P=4，看小车的直立效果是否改善，看小车的直立效果是否改善PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节值调节P值值 设设P=16PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节值调节P值值 设设P=30PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例P值调节值调节P值值 设设P=50 过调的现象是怎么样的过调的现象是怎么样的PID调试调试最后选取最后选取P=30角度角度PD调节调节通过通过P值，小车
4、已经能直立，但是还是会在摆动和移动，值，小车已经能直立，但是还是会在摆动和移动，接下来消除这种摆动，移动，要增加微分参数接下来消除这种摆动，移动，要增加微分参数 既阻尼力。既阻尼力。PID调试调试角度角度PID 微分微分D值调节值调节 消消抖抖D值值 设设D=0. 05PID调试调试角度角度PID 微分微分D值调节值调节 消消抖抖D值值 设设0.1PID调试调试角度角度PID 微分微分D值调节值调节 消消抖抖D值值 设设D=0.2PID调试调试角度角度PID 微分微分D值调节值调节 消消抖抖D值值 设设D=0.4PID调试调试角度角度PID 微分微分D值调节值调节 消消抖抖D值值 设设D=0.
5、55PID调试调试角度角度PID 先做比例先做比例D值调节值调节D值值 设设D=0.9 过调的现象是怎么样的过调的现象是怎么样的最终选定：最终选定： P=30 D=0.56角度角度PD控制参数控制参数经过过调再往最佳值调整以后，得到了一个回调曲线经过过调再往最佳值调整以后，得到了一个回调曲线参数回调曲线，最终在参数回调曲线，最终在A点处找到最合适值点处找到最合适值 而在回调曲而在回调曲线的线的“勺子勺子”内部，多组参数都可以使小车保持平衡内部，多组参数都可以使小车保持平衡总结得出：总结得出：P是调节小车克服是调节小车克服外力而直立的参数，在过大的外力而直立的参数，在过大的情况下，小车会产生震荡
6、情况下，小车会产生震荡D是克服小车在是克服小车在P值的作用下值的作用下产生的震动，达到消除震荡产生的震动，达到消除震荡作用，过大也会产生抖动作用，过大也会产生抖动但是为什么不能在一个点上静止不动但是为什么不能在一个点上静止不动在调节角度PD后，小车直立已达到了预期效果，但是在外力推动小车的时候，小车会一直往前走。这是因为角度控制只完成小车直立，在陀螺仪初始值不为零，零点漂移或者在外力作用产生初速度不为零的情况下，导致小车会向某个方向倾斜运动，所以为了控制小车能够定点平衡，我们增加光电测速编码器，通过小车速度和位移量的负反馈，让小车在定点平衡。使用的是比例积分PI调节方式。1.角度角度 PID2
7、.速度速度 PID角度控制需要调节的平衡参数：角度控制需要调节的平衡参数：P（比例参数）（比例参数） D（微分参数）（微分参数）速度控制需要调节的平衡参数：速度控制需要调节的平衡参数：P（比例参数）（比例参数） I（积分参数）（积分参数）I积分调节积分调节通过对小车速度进行积分，增加通过对小车速度进行积分，增加 I 积分参数，小车会最终在设积分参数，小车会最终在设定零点上快速静止。过大会导致小车在静止点来回摆动定零点上快速静止。过大会导致小车在静止点来回摆动PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值调节值调节 I值值 设设I=0.002PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值
8、调节值调节 I值值 设设I=0.004PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值调节值调节 I值值 设设I=0.010PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值调节值调节 I值值 设设I=0.036PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值调节值调节 I值值 设设I=0.07PID调试调试速度速度PID 积分参数积分参数I值调节值调节 过调值以后，过调值以后，I值值 设设I=0.10看看小车会有什么运动状态看看小车会有什么运动状态 通过速度的通过速度的积分控制积分控制，可以加快抵消，可以加快抵消小车倾斜的速度，过大以后会影响小车小车倾斜的速度，过大以后会影响小车在一个点
9、上静止而来回摆动。下面我们在一个点上静止而来回摆动。下面我们就可以通过就可以通过P比例调节消除这种来回摆比例调节消除这种来回摆动。动。PID调试调试速度速度PID 比例参数比例参数P值调节值调节 P值值 设设P=0.5PID调试调试速度速度PID 比例参数比例参数P值调节值调节 P值值 设设P=1PID调试调试速度速度PID 比例参数比例参数P值调节值调节 P值值 设设P=3.5PID调试调试速度速度PID 比例参数比例参数P值调节值调节 过调过调P值值 设设P=6 小车会有什么运动情况小车会有什么运动情况最终选定：最终选定： P=3.12 I=0.068速度速度PI控制参数控制参数经过过调再往最佳值调整以后，得到了一个回调曲线经过过调再往最佳值调整以后，得到了一个回调曲线速度参数调节曲线速度参数调节曲线 经过了对小车平衡参经过了对小车平衡参数的数的整定整定后，小车能够后，小车能够在一个静态的位置，这在一个静态的位置，这样就完成了我们对小车样就完成了我们对小车静态参数静态参数的设定。的设定。最终选定：最终选定： P=3.12 I=0.068速度速度PI控制参数控制参数最终选定：最终选定： P=30 D=0.56角度角度PD控制参数控制参数谢谢观看谢谢观看
