PID控制结构&角度环实现直立

平衡车PID控制结构

平均PWM：左右轮PWM的平均值，控制的是前进和后退的快慢。（简单来说就是平均PWM单独控制前后）

差速PWM：两个电机PWM的差值，很明显控制的是左右转弯的快慢。（简单来说差速PWM单独控制左右）

速度环与角度环的关系：

角度环（内环）

任务：保持车身直立
原理：车身前倾→轮子向前转；后倾→向后转
输入：俯仰角
输出：差分PWM（左右轮差速）

速度环（外环）

任务：控制前进/后退/静止
原理：检测实际速度，与目标速度比较，调整驱动力
输入：编码器速度
输出：平均PWM（左右轮同速）

两者如何配合

复制代码

左轮PWM = 平均PWM + 差分PWM / 2 
右轮PWM = 平均PWM - 差分PWM / 2

平均速度 = (左轮速度 + 右轮速度) / 2

差分速度 = 左轮速度 -- 右轮速度

角度环负责站稳
速度环负责跑多快
两者叠加输出给电机，互不干扰

一句话总结

角度环让车不倒，速度环让车听话，两者叠加驱动电机，实现直立行走。

转向环：**控制小车左转和右转。**右边输入的是用户设定的目标转弯速度，如果小车实际走的是直线，测量得到左轮速度和右轮速度绝对一致（差分速度为0）。如果不是0，就说明小车走偏了，转向环会比对目标转弯速度和实际转弯速度。如果向左走偏了，就控制小车往右走。如果向右走偏了，就控制小车往左走。也就是通过控制差分PWM来控制小车左右转弯

举例（转向环）：如果没有转向环的闭环控制，那么，你让这个平衡车走直线的时候，左右轮的PWM就可能会不一样（电机差异导致），这就导致了小车可能不能走直线。

加入PID后，互补滤波由原来的1ms调整一次变成了10ms调整一次，所以需要调整α的大小（由0.001变为0.01）。

虽然这样子之后小车的角度测量效果不错，但是后期却出现了小车无论如何直立不了的问题。问题出在了MPU6050上。

这个值是0x06，对应滤波器配置最大，输出数据最平滑，会导致Delay，导致小车无论怎么调都无法保持直立。

我们这里将0x06改成0x00，不使用自带的低通滤波器。

再看采样率分频，不使用自带的滤波器后，陀螺仪时钟的频率是8kHz，那么采样率就是8kHz / （1 + 9）= 800Hz，如果这个值改成7，那么采样率就是8kHz / （1 + 7）= 1kHz（这里的采样率就是MPU6050的刷新频率）。

代码逻辑：

cpp 复制代码

if (RunFlag)
			{
				AnglePID.Actual = Angle;
				PID_Update(&AnglePID);
				AvePWM = -AnglePID.Out;
				
				LeftPWM = AvePWM + DifPWM / 2;
				RightPWM = AvePWM - DifPWM / 2;
				
				if (LeftPWM > 100) {LeftPWM = 100;} else if (LeftPWM < -100) {LeftPWM = -100;}
				if (RightPWM > 100) {RightPWM = 100;} else if (RightPWM < -100) {RightPWM = -100;}
				
				Motor_SetPWM(1, LeftPWM);
				Motor_SetPWM(2, RightPWM);
			}
			else
			{
				Motor_SetPWM(1, 0);
				Motor_SetPWM(2, 0);
			}

之后我们开始调节P、I、D的参数：

cpp 复制代码

if (BlueSerial_RxFlag == 1)
		{
			char *Tag = strtok(BlueSerial_RxPacket, ",");
			if (strcmp(Tag, "key") == 0)							//收到按键数据包
			{
				char *Name = strtok(NULL, ",");
				char *Action = strtok(NULL, ",");
				
			}
			else if (strcmp(Tag, "slider") == 0)					//滑杆数据包
			{
				char *Name = strtok(NULL, ",");
				char *Value = strtok(NULL, ",");
				
				if (strcmp(Name, "AngleKp") == 0)
				{
					AnglePID.Kp = atof(Value);
				}
				else if (strcmp(Name, "AngleKi") == 0)
				{
					AnglePID.Ki = atof(Value);
				}
				else if (strcmp(Name, "AngleKd") == 0)
				{
					AnglePID.Kd = atof(Value);
				}
			}
			else if (strcmp(Tag, "joystick") == 0)					//摇杆数据包
			{
				int8_t LH = atoi(strtok(NULL, ","));
				int8_t LV = atoi(strtok(NULL, ","));
				int8_t RH = atoi(strtok(NULL, ","));
				int8_t RV = atoi(strtok(NULL, ","));
				
				AnglePID.Target = LV / 10;
				DifPWM = RH / 2;
			}
			
			BlueSerial_RxFlag = 0;
		}
		
		BlueSerial_Printf("[plot,%f,%f]", AnglePID.Target, Angle);

这里我们通过蓝牙模块进行调节：