三轮控制之串级pid（后续）——By 小学生

小学生做车来了

        如同电路中的串并联一样，pid控制也可以被串并联，在这里我只讲串联。
        先说一下三轮中控制的流程吧，首先是感应电动势的ADC采集，然后分析这些值，得出一个偏差，再依据这个偏差和车期望的前进速度，算出左右轮的期望速度，以此来控制车的前进。其实在这里，就已经存在着第一级pid控制了（先假设没转速闭环）：
        第一级pid控制：反馈量：电感值。进而算出偏差，也可以理解为反馈为车的偏差。
                                期望值：因为要车寻迹，因此期望车的偏差为0，所以期望值恒为0。
                                输出量：根据反馈与期望，经pid计算得到一个输出，这个输出直接和差速成正比，再和期望前进速度加减，得到左右                            轮的期望速度。
        在这里。通过电感的反馈，完成了第一级pid的控制，这里就一个pid控制，接下来再加进去一个pid控制，和它串起来，就形成了2个pid
控制串联起来的串级控制。如何再加呢？电机转速那里可以根据编码器的反馈再形成一个pid控制，这个时候控制流程变成这样：
        计算偏差->一级pid控制->得出一级pid输出->以此计算左右电机期望速度->二级pid控制->得出二级pid输出（也就是占空比）
        这里就形成了串级控制，它和单级pid控制相比起来，多了一路反馈，如果说单级pid是能使车逼近偏差为0的控制的话，串级pid就是在使车逼近偏差为0的的基础上，再使电机转速逼近我的期望的控制。串级相比单级，能控制的物理量变，使车的控制性能变得更好，相信大多数用了电机闭环的都感受得到和没闭环的天差地别吧。
         接下来再讲一讲角速度在串级控制中的引入，以形成三个pid控制的串级控制。
         首先是我这个pid控制该放在什么位置？我先给这三个控制编个号。偏差闭环为1，转速闭环为2，角速度闭环为3.既然是串级，那么我123,132,213,231,312,321都是串联啊，那么我随便串都行？答案肯定是否，在控制中，逻辑的先后非常重要，就如同直立的控制，肯定是角度外环角速度内环，而不能反着来。再举个比较粗鲁的例子，是先有你父母，再有你，而不能倒着来。在这里，我是用的132这样的串联方式，为什么？任何控制系统都得有一个输入，而与输入直接相关的，就是电感，所以把1偏差闭环放前面，而转速闭环2是在期望速度确认的情况下进行的pid控制，而角速度闭环3是根据角速度的反馈来调节差速，或者说调节左右电机的期望速度，所以应该放在2的前面.
          这个时候控制流程如下：
          计算偏差->控制1->一级pid输出->以此计算左右电机期望速度->控制3->二级pid输出（调整后的左右电机期望速度）->控制2->三级pid输出（也就是占空比）
           至此，就完成的3个pid的串联（串级控制）了，当然，在这过程中会遇到许多问题，比如我是角速度，如何调整左右电机的速度？
根据高中物理知识，差速=角速度*间距，便可将角速度与差速联系起来，进而控制左右轮的期望速度了。除此之外，还有许多细节，这里我就不一一细说了，毕竟自己探究出来的，才有成就感，才有自己学到了东西的感觉嘛。
            做了2年了，说实话并没有在论坛上学到什么，我这个老司机也快要下车了，希望走之前能用行动改变一下这里。毕竟这比赛都做了这么多年了，感觉强的还是那么些人，那么些学校。如果大家全民提速，百花齐放，思想多分享分享，也不至于这样吧。
            话不多说，闪人

c767831092

通常内环频率要大于等于外环，编码器采样通常使用10ms，那么内环控制频率仅有100Hz，即使是5ms也只是200Hz，远低于最外环传感器和中间环角速度，这样的串级控制效果就被大打折扣，甚至可能还不如直接用传感器单环控制的效果。串级的方案不止一种，各有优缺点。比如将传感器数据拟合成期望转向半径R，根据当前速度就可以直接计算出期望转向角速度，直接控制角速度环即可，6050最高可以8KHz。也可以使用当前角速度和当前速度直接计算出当前转向半径，直接控制转向半径环，频率同样可以做到很高

767124048

楼楼我看你这个思路好几天了 关于角速度窜进去 当差速 调整期望速度  我一直没看懂。。
偏差PID得到差速 (左右轮期望速度)后，还需要角速度怎么调整，不应该直接接编码器(真实差速)然后PID吗?实在不知，还望解答😛

小学生做车来了

李白不白 发表于 2018-7-31 15:40
顶顶顶顶顶顶顶顶

感谢顶贴

c767831092

北一前三 发表于 2018-8-1 23:26
大佬 那我是不是可以 让内环执行几次之后再执行外环呢  这样串级的效果会不会好一点？

正确的做法是让内环频率提高，而不是为了让内环比外环快而去降低外环频率

小学生做车来了

767124048 发表于 2018-8-8 15:56
我理解的  3  2后面窜起来作用有点雷同，我一直用的1 3窜，一直想用132窜 。 如果3 2都是进行差速调整。3 ...

你可以这样理解，每个pid控制都对应一个指标的具体控制3 角速度闭环，也就是使车的加速度能达到我的期望
2 轮子转速闭环，也就是使车轮的转速能达到我的期望
所以32雷同，不是很准确的。只能说他们具体表现出来的结果都是使车的差速达到我的期望。但是他们的途径是不一样的
一个是强行使轮子速度达到我的期望速度，它们之间的差也就是差速，可控了。
一个是强行使车的角速度达到期望，角速度和差速成正比，也就是差速可控了。
既然都能使差速可控，为什么还要串呢？ 首先是3 和 2对应的物理量不一样，你在控制某个东西时，是从单一面控制好还是从多个方面都控制好？粗略理解的话大概就是这个道理吧。
3  2  作用都是和1 相减？不是很理解这句
132 一起串，2 不应再特殊情况用（参考上面我的分析），
pid间如何串联的话， 就是 吧一个pid的输出作为另一个pid 的输入，这样pid就串起来了
1 输出 作为3 输入  3 输出作为 2 输入   2 输出作为电机pwm波  就这样

2669190177

小学生做车来了 发表于 2018-8-9 14:17
你可以这样理解，每个pid控制都对应一个指标的具体控制3 角速度闭环，也就是使车的加速度能达到我的期望
...

大佬，我真的想不明白了 偏差环得到值 给角速度环  角速度环输出 给速度环

偏差环时位置与位置的偏差  角速度环是什么的偏差啊 大佬 偏差环输出是 加减期望速度和z轴角速度*半径 吗 还是和x轴角速度 大佬 求指点
按大佬的写之后 角速度环是偏差环输出加减期望速度和z轴角速度*半径 但是角速度*半径会飙到3000 大佬求指点

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anyint 发表于 2019-3-2 22:25
大佬，请问串级pid，方向环调好了，速度环怎么调？，方向环pid输出作为输入给速度环，速度环是空载的时候调 ...

先针对你说的最后的问题，没有波形分析，可以使用串口吧波形发给电脑上位机显示。我用的软件是虚拟示波器回答你前面的问题，（如果你是需要电机作差速控制转向时，比如三轮，直立）我建议你先调速度环，调试方法为观测其空载阶跃响应。当速度环调试好了后再调方向环。方向环的输出作为速度环的输入。PID闭环阶跃响应效果比较好时，不会轻易受外界干扰的影响的，但是会受控对象（电机）本身的影响，而且比较大。如果你只用速度环转向，因为电机是惯性较大的系统，其本身的这个特性导致它在作用转向控制时会出现明显滞后，需要在前面加上方向环作用速度环输入，才能消除你说的晃来晃去的问题。（如果你是需要电机作差速辅助转向时，比如四轮车），则方向环与差速环分开独立调试，在都有较好的响应性能后，再将他们通过一定的物理关系式联系起来，共同控制转向。

Joy_begew

顶，优秀

烈炎风魂

嗯嗯 感谢

anyint

大佬，请问串级pid，方向环调好了，速度环怎么调？，方向环pid输出作为输入给速度环，速度环是空载的时候调好的，但是上了赛道就感觉速度环滞后了车老是晃来晃去，或者说由于摩擦系数不同，导致速度环控制电机反应不过来。怎么调外环（速度环）？大佬求教，直接上赛道调有点蒙蔽，没有波形分析实在是有点难受

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Pandakai 发表于 2018-12-26 18:54
楼主你好有些地方我不太理解，我想请问一下比如一阶pid算出一个输入值a，那么这个a作为输入给二阶，二阶pid ...

首先。。pid；理论上是能算出大概的，但很复杂，所以我们基本上是“调试”出来 的。
其实，第一个pid计算的输出作为第二级pid的输入，  那始终也是输入，那么久应该跟反馈做负反馈运算，进行第二次pid运算

Pandakai

楼主你好有些地方我不太理解，我想请问一下比如一阶pid算出一个输入值a，那么这个a作为输入给二阶，二阶pid中的P项I项D项这些值怎么算，a应该和什么数相减

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767124048 发表于 2018-8-8 15:56
我理解的  3  2后面窜起来作用有点雷同，我一直用的1 3窜，一直想用132窜 。 如果3 2都是进行差速调整。3 ...

3的作用是使角速度稳定可控，且有强的响应能力，也就是使差速稳定可控
2的作用是使转速稳定可控
它们的闭环控制的量，或者说指标是不一样的，但是最终都是控制左右轮的速度，所以体现出来感觉一样都是进行差速调整。
你说的3   2的作用都是和1相减是啥意思，不是很明白。
你还是不懂怎么串可以这么理解。每一个pid控制都是加强了对某个指标的控制
而你只用1  3 的话 ，也就是实现了偏差为0 ，且角速度是我期望角速度的控制，也就是使偏差和角速度这两个指标的控制被加强了
而引入  1 3  2 的话，就在1  3 的基础上，对电机轮子的转速控制也加强了
至于如何串起了    就是一个pid 的输出 作为另一个pid 的输入  这样，2个pid就串起来了