日期：2023-04-09 15:23:56瀏覽量：65220
n20減速電機 機器人軟件篇主要介紹PID算法，可以說PID是整個項目程序的核心，其使用的好壞決定了你的小車能不能自平衡，以及平衡得穩定不穩定。PID的算法和理論分析網絡上有很多介紹，這里就不詳細講解了大家可以自行搜索。基于數學模型的介紹有點不好理解，本文從控制學的角度簡單講解一下PID及其使用方法。
所謂PID就是比例-積分-微分的英文縮寫，但并不是必須同時具備這三種算法，也可以是 PD, PI,甚至只有 P算法控制，下面分別介紹每個參數的含義：
首先需要明確一個事實就是，要實現PID算法，必須在硬件上具有閉環控制，就是得有反饋。比如控制一個n20減速電機 機器人電機的轉速，就得有一個測量轉速的傳感器，并將結果反饋到控制器中，而在自平衡系統中，常用的有三個控制環 — 角度環、速度環、轉向環
大家可以想象出每個閉環的反饋元件分別是什么嗎，對就是上面元件清單里面包含的 IMU(陀螺儀+加速度計)、編碼器、攝像頭(或者其他可以確定方位的元件比如陀螺儀，磁場計等)
P（比例）：以小車巡線為例，現在需要讓小車跟隨一條軌跡前進，用PID算法控制方向環，反饋傳感器就假設為攝像頭。那么小車行進中有這么幾種情況：
1、車通過攝像頭發現自己處在軌跡的左邊，位置誤差值為正，那么就需要向右轉向，轉向值為正
2、車通過攝像頭發現自己處在軌跡的右邊，位置誤差值為負，那么就需要向左轉向，轉向值為負
3、車通過攝像頭發現自己處在軌跡的正中間，位置誤差值為0，很歡快地筆直前行，轉向值為0
于是我們發現，小車轉向值的輸出可以簡單地通過把位置誤差乘以一個系數就得到了，而且顯然，誤差越大，得到的轉向值也越大，符合需求。這里面這個系數，就是P了，而系數具體的大小，需要根據實際情況調試確定。
我們有了n20減速電機 機器人第一個公式：
D_term = kD* (error- last_error)
如果上面的例子還是不好理解的話，考慮前面的單擺模型：
P相當于重力的作用，讓擺左右往復運動，而D則相當于空氣阻力，讓擺慢慢停在中點。D的大小很理想的情況下，應該是大概擺動左右各一下之后就停在中點，想象把擺放在水中擺動的情況。
I（積分）：有的時候我們會發現，系統中存在一些固定的阻力，例如，我們用PID控制一個電機的轉速，當給定的目標速度很小的時候，就會出現這樣的情況：
根據P_term = kP * error，由于error很小，P的輸出也很小，而由于摩擦力的存在，此時并不能讓電機轉動起來；又由D_term = kD* (error- last_error)，由于電機沒有轉動，顯然(error- last_error)始終為0于是D輸出也為0，那么問題來了，除非改變目標值，否則電機就永遠轉不起來了…
I的作用就是消除這樣的靜態誤差，它會將每次的誤差都積累起來，然后同樣也是乘以一個系數之后作為輸出。比如上面的情況，雖然誤差很小，但卻不是0，于是在每一輪的計算中，I項把error逐漸累積，直到超過臨界值讓電機轉起來；而在誤差為0的情況下，I項卻又不會幫倒忙。
第三個公式：I_term = kI*（I_term + error）
以上就是PID的全部計算了，最后三者加起來就得到了：
PID_output = P_term + I_term + D_term
每隔一段固定時間把它運行一遍，就是PID算法了。
可以看出，PID的算法實現其實非常簡單，不過只有幾行代碼而已，所以非常建議自己實現一遍PID代碼。Arduino平臺上也是有PID庫的，但庫的名字叫什么我不告訴你，自己去找哦。
