自平衡原理求解释

mippo

最近重新看了一遍之前我们的平衡车的算法，是参照去年的卓晴老师的电磁车的方案改写的。如果先不考虑方向控制的话，是用两个闭环的PID控制器分别控制角度和速度，再把输出直接相加成一个控制量送到电机。但是这种把两个控制器独立设计再把输出叠加的方法我之前还没有接触过，速度和角度之间我认为是互相干扰存在耦合的，这样设计控制器的话，是否意味着即使经过大量调整与凑试到一个最优的参数，控制效果也不会很好（相对而言）？因为之前我遇到过的PID控制器主要都是针对单输入单输出的系统，而现在则是一个双输入单输出的系统，所以有些疑惑。

灰原姐姐

只有平衡控制，小车将处在一个随遇平衡，微小扰动都能使它在地上到处乱跑，
速度控制就是使它不到处乱跑的。
两者的和，就使小车：既不倒，又不到处乱跑。

ThinkPad_zzr

      平衡控制的最佳效果可以达到使车模保持稳定直立，并且可以做到定在某一点；即使有前后跑动也是小范围的，也就是说存在一个动态的平衡点。当仅在直立控制下时，推一下小车你会发现它由刚才的相对稳定状态变为保持一个方向做匀速运动。如果达不到以上这些效果说明你硬件或软件没有优化到位。

    对于直立车速度控制实现的原理，我是这样认为的，其本质是通过影响平衡控制从而间接达到空速。具体原理如下：假设车模开始保持匀速运动或静止，倘若增加设定速度，车模需要向前倾斜以便获得加速度从而达到刚才所设定的速度。速度偏差为正，速度控制器输出电压极性与直立控制器输出电压相反，并且抵消掉一部分直立控制输出的电压，车模的直立状态会被打破进而获得一个朝着速度增加方向前行的加速度，车体从而不断加速。由于速度负反馈控制，速度偏差不断减小，所产生的速度控制输出电压不断降低，从而使抵消直立控制的效果逐渐减弱，直立控制使得车模前行方向加速度不断减小，最终车模达到设定速度进行匀速行驶；倘若设定速度低于车速，速度偏差为负，速度控制器输出电压极性与直立控制器输出相同，直立控制由于过强导致直立平衡被打破，车模产生反向加速度，车模速度减小，当车模速度减小至设定速度时，速度输出为零，车模仅受直立控制，保持设定速度匀速运动。当然这是有一定的适用范围的，如果控制参数给的有问题，系统会不稳定。

chenli111

灰原姐姐怎么什么车的知识都懂啊！不愧是大神。。。

mippo

ThinkPad_zzr 发表于 2013-7-2 13:33
平衡控制的最佳效果可以达到使车模保持稳定直立，并且可以做到定在某一点；即使有前后跑动也是小范围 ...

第二段写的真好，基本原理算是清楚了，谢谢你了！