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真钱扑克大全直流电机调速讲解

  直流电机调速讲解_物理_自然科学_专业资料。PID智能小车 直流电机调速 主讲:于涛 ?PID是什么 ?绕不开的理论公式 ?实际如何下手 ?演示 ?更进一步的深入 1 of 26 生活中的例子

  PID智能小车 直流电机调速 主讲:于涛 ?PID是什么 ?绕不开的理论公式 ?实际如何下手 ?演示 ?更进一步的深入 1 of 26 生活中的例子 类比 例如一个底部有漏 口的水池,如果我 们要保持水位,在 某一个刻度,需要 通过水阀开度的大 小来实现。 “高于刻度阀门就开小,低于刻度阀门就开大 “ 这本身就是PID里面的一部分: P,即比例控制--只使用了PID的P部分。 题外话:使用开环也可以,pwm与转速对应表。 2 of 26 PID是什么? 比例 I --积分 D --微分 为什么使用PID 一般的开关控制只能简单的起停。 即控制电机的转动与停止。 使用PID的效果: 实现更精细的控制。 1.保持转速恒定。 2.快速达到指定的转速。 常用单位 :转/分钟 = RPM。 为什么我们不能告诉电机,按照我们要的速度转动? 电机的交互方式:PWM, 参数整定 3 of 26 PID是什么? PID的前提是反馈 必须有反馈才能知道如何调整 速度反馈 要求的速度 PID err Controller 调整 PWM Motor 实际转速 (编码器测速) 闭环:带有反馈的系统 开环:没有反馈的系统 4 of 26 PID是什么? P--比例控制部分 这个很好理解.比如说,速度传感器发现, 当前速度是1200/分.而我们设定的速度 值为1000 /分,那么差就是200 /分,这时, 如果我设定P为0.1,而电机速度的控制量 是“电压”,就应该是Uo+0.1x200。 P的意思就是“倍数”,就是指你要把这 个偏差放大多少倍.放大本身就是一个 比例. 单单一个P控制就足够可以控制电 机的速度. P 单独控制效果: 有误差,但是保持不变 5 of 26 Velocity 是什么? I--积分控制部分 它是一个积分运算.有的时候偏差不是很 大,可以继续运行下去,但会使系统始终存 在一个偏差.如果你使用I运算将这个偏差 累加起来,到了一定大小的时候就进行处 理.这样就能防止 系统的误差累计.其实, 在程序中,这个过程就是对一个小偏差的 连续累加. PI 组合 消除了误差 带来了超调 5 of 26 Velocity 是什么? D--微分控制部分 所谓的微分就是对变量求导, 意思就是一个量的变化率.其 微分部分就是能够将变量变 化率放入计算中.这个量在编 程中其实就是求上次偏差和 这次偏差的差. PID 黄金组合 加快进入稳态 减少超调 5 of 26 Velocity 绕不开的理论公式 误差: e(t) = 给定–测速结果 P控制器: PI控制器: 绕不开的理论公式 控制器 本次的误差e(kT) ,上次的误差e[(k-1)T],2者的差值除以采样时间就是变化率 5 of 26 绕不开的理论公式 上面介绍的公式,叫做位置PID,也就是每次都使用整个系统的状态。 可以理解为:偏差使用的是所有的全量偏差。 还有一种算法是增量式PID。 摘录网上的话:“位置式PID算法每次输出与整个过去状态有关,计算 式中要用到过去误差的累加值,因此,容易产生较大的累积计算误差。 而增量式PID只需计算增量,计算误差或精度不足时对控制量的计算影 响较小。” 上一次的输出为u(k-1),这次的输出为u(k) ,变化量为^u(k) 5 of 26 实际如何下手 硬件准备: 1.N20直流电机,配有1:145的金属变速箱。电机必须带测速。 2.Aduino nano控制板,主控芯片atmel328p。 3.实现电机控制的H桥电路板,带pwm输入。 4.供电电池。 软件准备: 1.Arduino IDE开发环境。 2.串口猎人,用于收集数据,实时绘制可视化图像。 5 of 26 实际如何下手 要控制就要涉及到三个量: 设定值(控制目的)、被调量(控这制什个么就)是、输我出们量的(控制结果)。 对设应定到值直:流希电望机(上给就定是):电机输出的控转速制目标,一般 被调量:PWM占空比 通过上位机命令 输出量:实际电机输出的转速 给出 编码器体现速度的数字量是 单位时间内的电平改变次数(ticks)。 我设置的是引脚变化触发计数,有改变就计数。因此,速度 = ticks。 对应的量就变为: 设定值:希望的单位时间内ticks 被调量:PWM占空比 输出量:实际单位时间内ticks 5 of 26 实际如何下手 代码实现 速度测定: 程序可以通过定时器来计数,真钱扑克大全,利用单片机上的引脚变化中断实现。 问题是这个采样时间怎么取? 这里针对我买的电机,测速是放在转轴上未减速前的,采样周期可以设短为30ms。 电机每圈有12个ticks,就设为15ms测速一次,每测2次求平均值,作为当前速度值。 有了采样周期,真钱扑克大全就可以得到:输出量。 这样就完全具备了条件: 设定值:给定转速ticks,命令给出,看作常数。 被调量:PWM占空比,通过带入公式计算得到。(PWM周期) 输出量:通过周期内的编码器输出得到。 同时以30ms为PID计算周期,计算结果输出给电机。 位置式PID代码实现: double error = mySetpoint - inputMeter; errSUM += error; outputPWM = kp*error + ki * errSUM + kd *(error – errorLast); //arduino 的调节范围就是0 - 255 if(outputPWM 255) outputPWM = 255; if(outputPWM 0) outputPWM = 0; 5 of 26 这个就 是全部 代码仅 仅 5行 就实现 了! 实际如何下手 代码实现 增量式PID: 参数整定 参数整定就是通过实验得到合适的 3个数值: Kp,Ki,Kd。 调整PID三个参数是不断试验的烦杂过程,需要有图形化界面直观的了解,我 采用的是试凑法: (1) 确定比例系数Kp 确定比例系数Kp时,首先去掉PID的积分项和微分项,可以令Ti=0、Td=0, 使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60%~70%,比例 系数Kp由0开始逐渐增大,直至系统出现振荡;再反过来,从此时的比例系 数Kp逐渐减小,直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp,设定PID的比 例系数Kp为当前值的60%~70%。 (2) 确定积分时间常数Ti 比例系数Kp确定之后,设定一个较大的积分时间常数Ti,然后逐渐减小Ti, 直至系统出现振荡,然后再反过来,逐渐增大Ti,直至系统振荡消失。记录 此时的Ti,设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150%~180%。 (3) 确定微分时间常数Td 微分时间常数Td一般不用设定,为0即可,此时PID调节转换为PI调节。如果 需要设定,则与确定Kp的方法相同,取不振荡时其值的30%。 (4) 系统空载、带载联调对PID参数进行微调,直到满足性能要求。 5 of 26 演示 更进一步深入 小车走直线个电机速度一样也无法直线 引入第三个PID 角度姿态保持 需要陀螺仪,指南针 Left err Controller Desired Velocity Coupled Controller err Right Controller 5 of 26 更进一步深入 ?不完全微分 ?积分分离 ?微分先行 ?高级主题 自整定 临界比例法 临界周期Tu和临界增益Pu 5 of 26

时间:2020-07-23 06:30