平衡小车调试指南(直立环 速度环)

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1、平衡小车之家出品平衡小车调试指南接下来将和大家一起以工程的思想去完成一个平衡小车的调试，包括平衡小车的直立环、速度环、转向环，一般我们是先调试直立环，再调试速度环，最好调试转向环。另外需要说明的是，因为我们使用的电机性能非常好，对PID参数不敏感，也就是说每个参数的取值范围都很广，这将对我们接下来的调试有很大的帮助。1.1平衡小车直立控制调试平衡小车直立环使用PD（比例微分）控制器，其实一般的控制系统单纯的P控制或者PI控制就可以了，但是那些对干扰要做出迅速响应的控制过程需要D（微分）控制。下面是直立PD控制

2、的代码：intbalance(floatAngle,floatGyro){floatBias,kp=300,kd=1;intbalance;Bias=Angle-0;//计算直立偏差balance=kp*Bias+Gyro*kd;//计算直立PWMreturnbalance;//返回直立PWM}入口参数是平衡小车倾角和Y轴陀螺仪（这个取决MPU6050的安装），我们的小车前进方向是MPU6050的X轴的正方向，电机轴与Y轴平行。前面两行是相关变量的定义，第三行是计算角度偏差，第四行通过PD控制器计算直立PWM

3、，最后一行是返回。调试过程包括确定平衡小车的机械中值、确定kp值的极性（也就是正负号）和大小、kd值的极性和大小等步骤。在调试直立环的时候，我们要屏蔽速度环和转向环，如下图所示：1平衡小车之家出品1.1.1确定平衡小车的机械中值把平衡小车放在地面上，绕电机轴旋转平衡小车，记录能让小车接近平衡的角度，一般都在0°附近的。我们调试的小车正好是0度，所以就是Bias=Angle-0;1.1.2确定kp值的极性（令kd=0）首先我们估计kp的取值范围。我们的PWM设置的是7200代表占空比100%，假如我们设定kp值

4、为720，那么平衡小车在±10°的时候就会满转。根据我们的感性认识，这显然太大了，那我们就可以估计kp值在0~720之间，首先大概我们给一个值kp=-200,我们可以观察到，小车往哪边倒，电机会往那边加速让小车到下，就是一个我们不愿看到的正反馈的效果。说明kp值的极性反了，接下来我们设定kp=200,这个时候可以看到平衡小车有直立的趋势，虽然响应太慢，但是，我们可以确定kp值是正的。具体的数据接下来再仔细调试。1.1.3确定kp值的大小（令kd=0，请结合本小节开头的直立控制函数理解）确定参数的原则是：kp一

5、直增加，直到出现大幅度的低频抖动。设定kp=200,这个时候我们可以看到，小车虽然有平衡的趋势，但是显然响应太慢了。设定kp=350,这个时候我们可以看到，小车虽然有平衡的趋势，而且响应有所加快，但是响应还是不足以让小车保持平衡。设定kp=500,这个时候我们可以看到，小车的响应明显加快，而且来回推动小车的时候，会有大幅度的低频抖动。说明这个时候kp值已经足够大了，需要增加微分控制削弱p控制，抑制低频抖动。1.1.4确定kd值的极性（令kp=0）我们得到的MPU6050输出的陀螺仪的原始数据，通过观察数据，我

6、们发现最大值不会超过4位数，再根据7200代表占空比100%，所以我们估算kd值应该在0~2之间，我们先设定kd=-0.5，当我们拿起小车旋转的时候，车轮会反向转动，并没有能够实现跟随效果。这说明了kd的极性反了。接下来，我们设定kd=0.5,这个时候我们可以看到，当我们旋转小车的时候，车轮会同向以相同的速2平衡小车之家出品度跟随转动，这说明我们实现了角速度闭环，至此，我们可以确定kd的极性是正的。具体的数据接下来再仔细调试。1.1.5确定kd值的大小（令kp=500，请结合本小节开头的直立控制函数理解）确定

7、参数的原则是：kd一直增加，直到出现高频抖动。设定kd=0.5,这个时候我们可以看到，低频大幅度频抖动已经基本消除。设定kd=1,这个时候我们可以看到，整体性能已经非常棒。设定kd=1.7,这个时候我们可以看到，小车开始出现高频剧烈抖动(调试过程遇到这种情况请马上关闭小车，长时间高频抖动会导致驱动被烧坏的)至此，我们可以确定得到kp=500,kd=1.7是P、D参数的最大值。然后我们进行最关键的一步，对每个系数乘以0.6,取整得到kp=300,kd=1，这就是最终我们需要的参数，这样做的原因是，我们之前得到的

8、参数是kp、kd最大值，理想值是根据我们的工程经验，对每个数据乘以0.6得到。这个时候我们可以看到，小车没有任何的抖动，非常平稳，但是依然无法保持长时间的直立，直立很短一段时间后会往一个方向加速倒下。这个等我们下面加上速度环才能得到更好的性能。只有直立环是很难让小车达到很好的直立效果的。至此，直立调试部分就告一段落了。1.2平衡小车速度控制调试平衡小车速度环使用PI（比例积分）控制器，这也是速度控制