本文主要是介绍【内含代码】PID平衡控制在智能巡逻机器人上的应用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
姿态平衡控制
在直立控制里面加入速度负反馈无法达到速度闭环的目的，而且还会破坏直立控制系统，因此在保证直立控制的优先级条件下，开发者们要把速度控制放在直立控制的前面，也就是速度控制调节的结果仅仅是改变直立控制的目标值。
根据经验可知，小车的运行速度和小车的倾角是相关的。比如要提高小车向前行驶的速度，就需要增加小车向前倾斜的角度，倾斜角度加大之后，车轮在直立控制的作用下需要向前运动保持小车平衡，速度增大；如果要降低小车向前行驶的速度，就需要减小小车向前倾斜的角度，倾斜角度减小之后，车轮在直立控制的作用下向后运动保持小车平衡，速度减小。
开发者们把速度和直立两个控制器串联起来工作，其中速度控制的输出作为直立控制的输入，而直立控制的输出作为系统的输出，这其实就是一个串级控制系统。其中直立控制使用PD控制。因为编码器可能存在的噪声，为防止噪声被放大并消除系统的静差，这里速度控制使用PI控制。
直立PD控制
int balance(float Angle,float Gyro)
{ float Bias;int balancePID;Bias=Angle-Angle_OFFSET; //===求出平衡的角度中值 和机械相关balancePID=Balance_Kp*Bias+Gyro*Balance_Kd; //===计算平衡控制的电机PWM PD控制 kp是P系数 kd是D系数 return balancePID;
}速度PI控制
int velocity(int encoder_left,int encoder_right)
{ static float Velocity,Encoder_Least,Encoder,Movement;static float Encoder_Integral,Target_Velocity;//=============遥控前进后退部分=======================// Target_Velocity=40; if(Direction.Current==GO_STRAIGHT) Movement=-Target_Velocity/Flag_speed; //===前进标志位置1 else if(Direction.Current==GO_BACK) Movement=Target_Velocity/Flag_speed; //===后退标志位置1else Movement=0; //=============速度PI控制器=======================// Encoder_Least =(encoder_left+encoder_right)-0; Encoder *= 0.8; //===一阶低通滤波器 Encoder += Encoder_Least*0.2; //===一阶低通滤波器 Encoder_Integral +=Encoder; //===积分出位移 积分时间：10msEncoder_Integral=Encoder_Integral-Movement; //===接收遥控器数据，控制前进后退if(Encoder_Integral>8000) Encoder_Integral=8000; //===积分限幅if(Encoder_Integral<-8000) Encoder_Integral=-8000; //===积分限幅 Velocity=Encoder*Velocity_Kp+Encoder_Integral*Velocity_Ki; //===速度控制 if(Turn_Off(Angle_Balance,BAT_VOL)==1||Direction.Current==TURN_OFF) Encoder_Integral=0; return Velocity;
}转向控制
除了保持平衡之外，小车也涉及到左右转动，因此还需要加入转向的控制，可参考如下
int turn(int encoder_left,int encoder_right,float gyro)//转向控制
{static float Turn_Target,Turn,Encoder_temp,Turn_Convert=0.9,Turn_Count; float Turn_Amplitude=30/Flag_speed,Kp=32,Kd=0; if(Direction.Current==TURN_LEFT||Direction.Current==TURN_RIGHT) {if(++Turn_Count==1)Encoder_temp=myabs(encoder_left+encoder_right);Turn_Convert=50/Encoder_temp;if(Turn_Convert<0.6)Turn_Convert=0.6;if(Turn_Convert>3)Turn_Convert=3;} else{Turn_Convert=0.9;Turn_Count=0;Encoder_temp=0;} if(Direction.Current==TURN_LEFT){Turn_Target+=Turn_Convert;}else if(Direction.Current==TURN_RIGHT){Turn_Target-=Turn_Convert; }else Turn_Target=0;if(Turn_Target>Turn_Amplitude) Turn_Target=Turn_Amplitude; //===转向速度限幅if(Turn_Target<-Turn_Amplitude) Turn_Target=-Turn_Amplitude;if(Direction.Current==GO_STRAIGHT||Direction.Current==GO_BACK||Direction.Current==KEEP_STOP) Kd=-1 ; else Kd=0; //=============转向PD控制器=======================//Turn=-Turn_Target*Kp-gyro*Kd; //===结合Z轴陀螺仪进行PD控制return Turn;
}电机PWM控制
通过上述一系列控制计算后，开发者就得到了使小车平衡的PWM值（即下面程序中的Moto1和Moto2）。
Balance_Pwm = balance(Angle_Balance,Gyro_Balance);//===平衡PID控制 Velocity_Pwm= velocity(Enconder_left,Enconder_right);//===速度环PID控制Turn_Pwm = turn(Enconder_left,Enconder_right,Gyro_Turn);//===转向环PID控制 Moto1=Balance_Pwm+Velocity_Pwm-Turn_Pwm;//===计算左轮电机最终PWMMoto2=Balance_Pwm+Velocity_Pwm+Turn_Pwm;//===计算右轮电机最终PWMLimit_Pwm(); //===PWM限幅 Set_Pwm(Moto1,Moto2); //===赋值给PWM寄存器 将该PWM幅值给对应寄存器，就可以查看小车实际运动状态了。
void Set_Pwm(int moto1,int moto2)
{ if(moto2>0) {AIN2_RESET;AIN1_SET;}else {AIN2_SET;AIN1_RESET;} TIM16_PWM_Set(myabs(moto2));
if(moto1>0) {BIN1_RESET;BIN2_SET;}else {BIN1_SET;BIN2_RESET;}TIM17_PWM_Set(myabs(moto1));
}
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