三轮控制之串级pid（后续）——By 小学生

小学生做车来了 · 发表于 2018-7-31 11:35:26

      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 · 发表于 2018-7-31 17:09:00

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 · 发表于 2018-8-5 14:58:46

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 · 发表于 2018-7-31 17:42:19

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 · 发表于 2018-8-2 10:42:34

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 · 发表于 2018-8-9 14:17:01

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