智能车制作

标题: 写几个遇到的问题，烦请各位讨论讨论 [打印本页]

作者: Conffge 时间: 2012-4-9 23:34
标题: 写几个遇到的问题，烦请各位讨论讨论
小车已经做了很久，遇到很多问题，收获最大的经验是遇到问题一定要从理论上分析思考，盲目操作往往只是浪费时间，下面的问题困扰了我很久，我也说说自己的想法，希望大家能给我一下点拨一下，也算的互相帮助吧

1、之前小车一直不能直立，后来发现跟滤波有很大的关系。我们使用官方的滤波方式，但是有几个参数不明白，比如加速度计的参数TZ，大家都在讨论3、4，对于物理含义我并不清楚，也没能理解为什么是时间的量纲。就我个人理解，官方的滤波方式就是希望通过将陀螺仪积分值与加速度计作差，以此来弥补积分值的累积误差。如果加速度计引入的比例过小，则不能起到消除累积误差的作用，如果加速度计引入的比例过大，则会引入其中的大量抖动干扰。希望大家能解释一下TZ的具体含义，这样能帮助我理解滤波过程。

2、继续滤波的问题。积分中，陀螺仪权值过大，会过冲，过小则会滞后。我们使用一个简易串口示波器观察波形，现象比较混乱，发现很难做到视频中那么漂亮的显示，很影响我们的分析，请问视频里的软件是哪个？

3、陀螺仪与加速度计是否需要将数值规划到rad、°，我们没有作归一化，直接使用AD转换值，这样是否有影响？

4、死区是否有必要，我们没有加死区，因为有学长说，本来电机控制是一个线性系统，加了死区平白变得不线性了，没有必要，而且似乎有人说，加了速度闭环，死区就更没必要了，这些说法正确吗？

5、未加速度闭环要调到什么程度？我们之前可以做到基本直立，在一定范围内能够回复，如果速度过大，则会向一个方向一直离开，好的情况是匀速离开，不好的情况是加速离开。角度PD中，我们只加入P参数，可以达到上面说的效果，如果加D参数，即使0.0几，也会导致电机控制混乱，胡乱转弯。我们觉得可能角速度变化太剧烈，电机无法响应导致的，这样做正确吗，错在哪？

6、我们的电机在低速时，即占空比在50以下时，比较正常，当速度较高时，就会各种混乱，这是普遍问题还是我们的硬件有问题？

7、由于我们之前看到小车往一个方向走，于是想加速度闭环，目前的情况是基本没有用，虽然调整量已经达到占空比100，但是仍然减速效果很微弱，似乎与视频中，加0.0几的参数就取得非常好的效果非常不相符，这个问题如何解决？

上面说了这么多，似乎我只光顾着提问，其实这些问题已经困扰了我们很长时间，也很认真地研究官方的方案，也许方法不得当吧，希望大家能指出一下我们思路上的误区。虽然是竞赛，我们请教同学他们也不愿意给我们解答，但也只希望在这里，大家能不吝赐教。

作者: csycaiyan 时间: 2012-4-10 18:15
@吉他手

作者: 吉他手 时间: 2012-4-10 18:59
小车已经做了很久，遇到很多问题，收获最大的经验是遇到问题一定要从理论上分析思考，盲目操作往往只是浪费时间，下面的问题困扰了我很久，我也说说自己的想法，希望大家能给我一下点拨一下，也算的互相帮助吧
态度诚恳，体会正确。认识控制内在的物理规律，才能够正确的进行调整和制作。相互切磋一下吧。

1、之前小车一直不能直立，后来发现跟滤波有很大的关系。我们使用官方的滤波方式，但是有几个参数不明白，比如加速度计的参数TZ，大家都在讨论3、4，对于物理含义我并不清楚，也没能理解为什么是时间的量纲。就我个人理解，官方的滤波方式就是希望通过将陀螺仪积分值与加速度计作差，以此来弥补积分值的累积误差。如果加速度计引入的比例过小，则不能起到消除累积误差的作用，如果加速度计引入的比例过大，则会引入其中的大量抖动干扰。希望大家能解释一下TZ的具体含义，这样能帮助我理解滤波过程。
如果是自动化系学习过控制原理，对于Tz的理解就非常容易。大体可以从以下两个方面来看待这个参数：
（1）Tz确定了角度计算输出跟踪加速度计角度过渡时间；单位是秒。如果写出加速度计变化到角度变化的传递函数，就可以明显看出这是一个一阶跟踪过程。每经过Tz时间，计算的角度与加速度角度之间的误差就减少到原来的(1-exp(-Tz)). 因此想减少陀螺仪零点的漂移带来的角度累积误差的增加，就需要尽量减少Tz的数值，使得输出角度能够保持加速度给定的角度；但是这就会带来下面的问题：
（2）Tz也决定了加速度计角度到输出角度之间的低通滤波器的频带宽度。它的倒数就是这个低通滤波器的带宽。为了消弱加速度计中的大量噪声，需要增加Tz，也就是降低低通滤波器的带宽，只允许加速度角度的平滑的直流量输出，依次获得平滑的输出角度。因此上需要增加Tz。
综合上面两个过程，因此需要折中选择Tz的大小。通过实验可以确定它在1到4秒左右比较合适。

2、继续滤波的问题。积分中，陀螺仪权值过大，会过冲，过小则会滞后。我们使用一个简易串口示波器观察波形，现象比较混乱，发现很难做到视频中那么漂亮的显示，很影响我们的分析，请问视频里的软件是哪个？
使得计算角度没有延迟和过冲，需要通过调整陀螺仪的比例来达到。陀螺仪的比例小了，则输出角度就会有延迟；陀螺仪比例大了，输出计算角度就会有过冲。通过观察这两种现象就可以确定陀螺仪的合适的比例因子。
借用一些网上的软件，将计算的波形显示出来是比较直观的调试方法。
至于这个软件是什么，可以在网络上找找。

3、陀螺仪与加速度计是否需要将数值规划到rad、°，我们没有作归一化，直接使用AD转换值，这样是否有影响？
陀螺仪与加速度的值不是必须归一化。但如果不进行归一化，设计参考方案中的给出的一些典型数值就不能够使用了。需要自行通过调整获得。

4、死区是否有必要，我们没有加死区，因为有学长说，本来电机控制是一个线性系统，加了死区平白变得不线性了，没有必要，而且似乎有人说，加了速度闭环，死区就更没必要了，这些说法正确吗？
死区的确不是必要的。开始调试的时候都可以设置为0.

5、未加速度闭环要调到什么程度？我们之前可以做到基本直立，在一定范围内能够回复，如果速度过大，则会向一个方向一直离开，好的情况是匀速离开，不好的情况是加速离开。角度PD中，我们只加入P参数，可以达到上面说的效果，如果加D参数，即使0.0几，也会导致电机控制混乱，胡乱转弯。我们觉得可能角速度变化太剧烈，电机无法响应导致的，这样做正确吗，错在哪？
如果在角度控制中只是用P，无法达到快速的直立控制。也就是无法解决控制速度快速与稳定之间的矛盾。如果你的现象与参考方案不同。还是对你的算法和硬件需要进行修正。

6、我们的电机在低速时，即占空比在50以下时，比较正常，当速度较高时，就会各种混乱，这是普遍问题还是我们的硬件有问题？
各种混乱？一方面可以来自于多方面（机械，电子硬件，软件编程）中存在的问题的叠加；另一方面来自于自己比较混乱的理解和调试手段。就像现在多思考一下，找到问题真正的来源，避免眉毛胡子一把抓。按下了葫芦起了瓢。

7、由于我们之前看到小车往一个方向走，于是想加速度闭环，目前的情况是基本没有用，虽然调整量已经达到占空比100，但是仍然减速效果很微弱，似乎与视频中，加0.0几的参数就取得非常好的效果非常不相符，这个问题如何解决？
如果没有达到视频中的效果：一是你们没有理解参考设计方案以及实现其中的各个环节。存在理解错误和程序实现错误。二是在硬件制作过程中还存在这其他的问题。
最主要的，指导方案中的参数的范围都是在它输入、输出的单位都进行了标准化下的数值。如果你采用的计算量纲和单位与参考方案不同，也不要期望能够使用参考方案中的控制参数。

上面说了这么多，似乎我只光顾着提问，其实这些问题已经困扰了我们很长时间，也很认真地研究官方的方案，也许方法不得当吧，希望大家能指出一下我们思路上的误区。虽然是竞赛，我们请教同学他们也不愿意给我们解答，但也只希望在这里，大家能不吝赐教

以上的解释希望不会对你产生误导，最好还是请一些制作经验的多谈谈自己的体会和想法。。

作者: chengzw 时间: 2012-4-10 20:11
这种过冲和延时比较大的现象我们也有，也是陀螺仪权重问题。。。。。求大神指导啊

作者: mingxuan04 时间: 2012-4-12 19:37
MARK

作者: Conffge 时间: 2012-4-12 21:34
谢谢老师，很感动老师能够这么认真地解答，我们一定好好学习，争取将小车做的更好

作者: 十八龙潭 时间: 2012-4-12 22:29

吉他手发表于 2012-4-10 18:59
小车已经做了很久，遇到很多问题，收获最大的经验是遇到问题一定要从理论上分析思考，盲目操作往往只是浪费 ...

（1）Tz确定了角度计算输出跟踪加速度计角度过渡时间；单位是秒。如果写出加速度计变化到角度变化的传递函数，就可以明显看出这是一个一阶跟踪过程。每经过Tz时间，计算的角度与加速度角度之间的误差就减少到原来的(1-exp(-Tz)). 因此想减少陀螺仪零点的漂移带来的角度累积误差的增加，就需要尽量减少Tz的数值，使得输出角度能够保持加速度给定的角度；但是这就会带来下面的问题：
（2）Tz也决定了加速度计角度到输出角度之间的低通滤波器的频带宽度。它的倒数就是这个低通滤波器的带宽。为了消弱加速度计中的大量噪声，需要增加Tz，也就是降低低通滤波器的带宽，只允许加速度角度的平滑的直流量输出，依次获得平滑的输出角度。因此上需要增加Tz。

说得太好了，这段话对于卡尔曼滤波也是同样的道理

卡尔曼滤波中，想减少陀螺仪零点的漂移带来的角度累积误差的增加，就需要尽量减少R的数值，

为了消弱加速度计中的大量噪声，需要增加R.

作者: wuzexiao 时间: 2012-4-13 08:16

chengzw 发表于 2012-4-10 20:11
这种过冲和延时比较大的现象我们也有，也是陀螺仪权重问题。。。。。求大神指导啊

如果是自己买模块的，那绝对会有过冲的，因为都是用同一个电路，这个之前已经有人提过了。建议用官方的。但是官方的要考虑一下怎么克服零点漂移的问题。过冲的话站立情况是不会很好的，因为加上D会有问题。

作者: happy★熊 时间: 2012-5-24 09:57

欢迎光临智能车制作 (http://dns.znczz.com/)