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【RM】RM基础知识中的PID控制,一起来深入学习!

电子芯吧客 2020-04-01 浏览量:1457

【RM中的PID】

作为目前最主流的控制算法之一,PID的优点在于简单高效。在RM机器人控制中起着举足轻重的作用。

在RM机甲大师比赛中,PID 控制算法侧重于软件实现。在赛场上,PID 也同样的被应用在很多场景下的机器人状态控制。

比例积分微分控制,简称PID控制,是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高,被广泛应用于工业过程控制,至今仍有90%左右的控制回路具有PID结构。

比方说触发大能量机关,机器人要先识别屏幕上的指定数字,还要用 PID 来控制云台和发射机构(俗称枪口)快速和准确地射击数字。

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又比如在RM比赛中,为了让机器人的枪口可以在一定角度内自由调整,同时为了保证在不平坦的场地运行时,发射机构能尽量稳定(减少枪口晃动),就会在机器人的底盘上加装一套云台。

赛场上的云台大多数是由无刷电机驱动的。通过改变电机的电流大小,可以调整电机运行的速度;通过改变电机的电流正负,可以调整电机的转动方向。同时,电机内部还有传感器在记录电机的转动位置,再加上一定的算法处理,就可以知道云台应该摆在哪个方向,也就是实际角度值。

选手们使用的方案是,根据距离目标值的远近来调节云台的速度,离得远就转快一些,离得近就慢一些。这样就需要我们实时获取云台当前的实际角度,然后和目标角度做对比,根据差值来动态地调整云台的速度和方向。

只根据上述的参数来调节还不足以达到云台控制的理想性能,为了让云台实现快速响应、减小误差、消除扰动,在实际控制过程中选手们还使用了 PID 控制器。PID 控制器(比例-积分-微分控制器)是一种通过控制系统的偏差来调整输入信号的线性反馈控制算法。通俗的说,它可以给出使执行器(电机)快速准确到达目标的“指导方案”。

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【PID实战问答】

1.Q:如何快速入门PID?

   A:首先要对反馈系统有基本的了解,然后自己推导一遍PID的公式,最好能结合频域的知识理解一下。实战的话,最简单的先仿照例程搞一个速度环PID的程序,拿上电机然它动起来,实际改变参数,观察J-Scope曲线的变化,加深理解。


2.Q:PID在调试时要注意什么?

   A:一定要合理使用调试工具,把需要观测的数值打印程曲线出来, 可以用J-link的工具J-Scope,或者串口发送出来用上位机观察。例如对于串级PID需要打印出多个环节的给定值和、反馈值。然后调试的时候先调内环,保证内环的响应速度能够基本跟上,再加上外环,同时需要微调内环。一般来说用P、I控制器就够用了。


3.Q:如何根据不同环境整来调整PID增益?

   A:PID的鲁棒性较好,能够适应一定范围的系统模型变化,但是如果负载发生较大变化导致系统模型改变,需要对自适应PID或者其他控制器。具体实战我也没有操作过,但是有几个可以考虑的方向:
        1.直接对导致系统模型变化的变量进行观测,例如云台的载弹量,然后针对不同情况调出多组PID参数进行切换。
        2.对系统的模型进行在线辨识,然后调节PID参数。
        3.使用别的带有观测器的控制器。


4.Q:需要什么工具吗?例如示波器之类的。

   A:我们现在接触的基本上都是通过MCU控制,因此使用单片机的调试工具即可,使用虚拟示波器观察曲线。如果是涉及到到无法检测的中间量(例如电压、运动),可以使用示波器或者其他设备(例如激光运动传感器),这个要根据自己的需求来。


5.Q:PID位置环的真实值与设定值有没有必要加入滤波,防止传感器数据突变呢?
   A:这是两个问题,真实值基本上是来自传感器的观测值,这个需要根据传感器的特性来决定。
输出值滤波需要根据系统的特点来决定使用何种滤波器,一般会用到低通滤波器用来减小高频噪声,或者带通滤波器消除某个频段的震动(例如摩擦轮抖动)。


6.Q:关于PID闭环嵌套的问题。如果我加了多个环,比如底盘的电机要加速度环、电流环和速度环,改如何进行嵌套呢?

   A:这就是串级PID,嵌套方式从外到内依次是位置环、速度环、加速度环,位置环计算出来需要的速度,此即速度环的目标值,然后速度环再计算出需要的加速度,依次类推很容易理解的。然后关于计算频率,内环的计算频率要大于等于外环。


【PID资料】

视频:

【渣字幕】简单教你PID控制原理


资料下载:

PID学习资料和演示软件

先进PID控制及其MATLAB仿真

从入门到精通吃透PID第二版

PID-小车类-两轮自平衡小车资料


技术文章:

【电机矢量控制】BLDC方波电流环PID整定方案



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  • PID调节系统好坏,在于受外界干扰产生后,被控量偏离给定值后,很快平稳地回复到给定值,过程要快。

  • 谢谢分享,学习了,资料不错

  • PID一直是我们研究的对象,关键是参数的选择要合适。同一套系统中,也可能应用到不同场景,这时,可以针对不同场景,应用不同pid参数,达到最合适的效果。

  • 日常调试参数时,可以遵循:先调p再调D,最后调节I。

  • PID 模糊控制还是挺金典的。很多的地方都用得点。形成闭环控制 。

  • PID的控制调节确实有点麻烦,要想达到最终的效果,过程有时候确实挺痛苦的。

  • 动态不灵敏的用p和i,动态灵敏的比如四轴和磁悬浮用p和d

  • PID 调节在项目中用得很广泛。调试一个是经验,一个是理论。还有网友总结了口诀。最终还是要理解PID。才好调试参数。

  • 学习了,好东西啊!!!建议多多讲解这方面的内容!!

【RM】RM基础知识中的PID控制,一起来深入学习!