2013电子设计竞赛-旋转倒立摆-整体方案-2014.10.26更新

11yichengming · 发表于 2014-7-19 19:00:04

本帖最后由 11yichengming 于 2014-7-20 18:04 编辑

Malc 发表于 2014-7-19 01:28
一个角度传感器可以实现倒立平衡的，但是会晃动，不会静止在一点，调平衡用PI，调试方式先调P再调I，这个 ...

请教下pid：我现在是得到了角度传感器的AD采样值，对应着0~±180°，摆在最高点是0°，最低点是±180°。error_p = (AD采样值 - 最高点的AD值)；error_d = 两次采样前后的差；error_i = error_i + (error_p*timechange),其中timechange是采样周期，也可以说是固定时间，pid取值是正确的吧？还有你说你采样是一毫秒中断一次，我看了下你的代码，是一毫秒中断一次，但是是5毫秒采样一次并处理，后面我试了下，因为AD采样获取AD值，取个三四次的平均值就超过几毫秒了，，中断就乱了，我用的是STM32,照理处理速度应该跟得上的，不知道为什么原因？另外你的速度是怎么处理的呢？即得到了myspeed,怎么去处理？ pid还不怎么太熟悉。每天刷网页等大神回复，不知可不可以私信加qq，每天最多问你两个问题，不多打扰，嘿嘿，谢谢。
网上PID调节步骤说：
a.确定比例增益P
确定比例增益P 时，首先去掉PID的积分项和微分项，一般是令Ti=0、Td=0
（具体见PID的参数设定说明），使PID为纯比例调节。输入设定为系统允许的
最大值的60%~70%，由0逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡；再反过
来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失，记录此时的比例增益P，
设定PID的比例增益P为当前值的60%~70%。比例增益P调试完成。【不知道这段话是啥意思。。。】

Malc · 发表于 2014-7-22 02:24:57

11yichengming 发表于 2014-7-19 19:00
请教下pid：我现在是得到了角度传感器的AD采样值，对应着0~±180°，摆在最高点是0°，最低点是±180° ...

你的pid没错
我的代码确实是1ms一次中断，5次中断输出一次pid值，也就是说控制周期是5ms，你得保证你的所有操作的时间要小于控制周期时间，否则肯定会发生时序错乱，ad采样的时间一般都是可调的，采样精度与时间成正比，据我所知avr系列的ad时间一般为13us-250us，所以足够使用，stm的采样时间应该也不会那么长吧？你设置一下采样速度试试
得到了速度，就可以进行pid计算了，myspeed是pid输出值，也就是步进电机的转动频率，由于使用了两个pid，因此步进电机的速度=pid1+pid2，此外还要实现一些题目给定的功能，所以步进电机的速度还应该叠加上功能速度，所以步进电机的速度为setStepperSpeed(myspeed + tempSpSpeed+functionSpeed);
你摘抄的那段话是pid参数的调节步骤，这个步骤是用来确定p的值的，你直接试吧，跟着步骤做就明白什么意思了

11yichengming · 发表于 2014-7-22 08:54:28

本帖最后由 11yichengming 于 2014-7-22 09:05 编辑

Malc 发表于 2014-7-22 02:24
你的pid没错
我的代码确实是1ms一次中断，5次中断输出一次pid值，也就是说控制周期是5ms，你得保证你的所 ...

嗯。我想我应该明白了。前面的采样问题我已经解决了。
我现在在165°处放下，能够实现倒立，不过时间不长，能跟踪个一两秒吧，然后摆就朝一边倒下去了，我的电机怎么也跟不上摆倒下去的速度（电机是二三十块钱一个的直流电机）。杆子也换成很轻的那种了。不知PID能否调节好？
还有你现在使用的是两个PID，我知道其中一个是摆的角度的PID，还有一个应该是电机速度的PID吧？打算改成两个传感器来调试了，不然一个真心有点难以实现。

Malc · 发表于 2014-7-22 10:59:43

11yichengming 发表于 2014-7-22 08:54
嗯。我想我应该明白了。前面的采样问题我已经解决了。
我现在在165°处放下，能够实现倒立，不过时间不 ...

电机的速度、力矩比较重要，杆子不是越轻越好，越轻越不稳定越容易震荡，可以在杆子最低端加点小配重，还有增加摆杆与摆臂直接的摩擦力，最后双闭环控制，就可以实现了

11yichengming · 发表于 2014-7-22 12:28:40

Malc 发表于 2014-7-22 10:59
电机的速度、力矩比较重要，杆子不是越轻越好，越轻越不稳定越容易震荡，可以在杆子最低端加点小配重，还 ...

嗯。准备买个编码器。

崔新杰 · 发表于 2014-7-24 15:08:24

你好，我看了你的作品相当不错啊！！一直有个问题没有明白，你说两个pid的关系是串联（pid1的输入是（目标平衡点-当前角度），输出是步进速度，pid2的输入是（目标速度-步进速度），输出是目标平衡点），我这样理解不知道可以：第一个PID是控制电机的PWM作为输出，摆杆的角度值作为反馈输入，这个理解没问题。第二个PID是“目标平衡点”作为输出，控制电机的PWM波作为输入，这里的目标平衡点具体指的是最终平衡时的电机速度为0，还有角度刚好处于180°的状态，为什么这个可以作为输出呢？？想了两天还是没明白，想你求教一下，谢谢

wanglinma · 发表于 2014-7-25 00:51:26

话说为神马只要调PI啊，D呢D呢D呢D呢D呢D呢?

Malc · 发表于 2014-7-28 02:35:39

崔新杰发表于 2014-7-24 15:08
你好，我看了你的作品相当不错啊！！一直有个问题没有明白，你说两个pid的关系是串联（pid1的输入是（目标平 ...

可以这么理解，第一个pid用来解决摆杆倒立平衡的问题，第二个用来解决摆杆水平飘动的问题
假如只有第一个pid，摆杆确实能保持倒立，但是因为各种误差干扰，摆杆会往一个方向加速，当速度大于系统调节能力，摆杆就会倒下，因此需要另一个pid来进行速度的控制，控制方法有很多的，不一定要采用这种方法，我测试过很多种方式，比如两个pid并联叠加输出，但是效果很不好，最后采用了这个方法
第二个pid的原理，因为摆杆漂移的问题是因为误差的积累，导致角度增大，角度增大，会使速度进一步增大，最后倒下，所以可以这么解决：当角度增大的时候可以使目标平衡点反向偏移，此时pid1便会进行调节，使其往目标平衡点靠拢，从而抑制漂移，最终的效果就是摆杆会在某一点附近左右摆动，这也不是一个完美的解决方案，因为时间原因，只做到了这一步。

Malc · 发表于 2014-7-28 02:39:07

wanglinma 发表于 2014-7-25 00:51
话说为神马只要调PI啊，D呢D呢D呢D呢D呢D呢?

原理不好解释，建议你看看一个叫“电磁组直立车模调试指南”的视频，如果用实践的方法，因为加了D效果反而很差，所以没加

Puppey · 发表于 2014-7-28 09:01:38

特地注册个号来支持楼主。已经成功移植了。模型也是参考楼主的。但是电机和模型共振有点厉害，有什么方法可以改进。是不是我杆子有的是圆形的缘故，增加配重可以解决吗？

Malc · 发表于 2014-7-28 13:53:17

Puppey 发表于 2014-7-28 09:01
特地注册个号来支持楼主。已经成功移植了。模型也是参考楼主的。但是电机和模型共振有点厉害，有什么方法可 ...

恭喜！
解决共振，首先底座要足够沉重，其次每个连接部分都要结实，第三就是把细分设置大一点，越大步进电机的低频振动越小

11yichengming · 发表于 2014-7-29 10:16:48

本帖最后由 11yichengming 于 2014-7-29 12:08 编辑

Malc 发表于 2014-7-28 02:35
可以这么理解，第一个pid用来解决摆杆倒立平衡的问题，第二个用来解决摆杆水平飘动的问题
假如只有第一个 ...

第二个PID我也不怎么理解，，看了你们说的。
第二个PID是根据电机度速度来调节的，我还是搞不清输入是什么，反馈又是什么？可以解释下吗？是不是输入为零呢（即平衡点的速度就是为零）？你这个没有用到电机旋转方向的判断？还是电机旋转方向不必要？我们买的编码器输出的是方波，一般的频率变化范围是0~300hz内，想要在五毫秒内测出频率，，不可能。。。
第一个PID的输入是倒立摆平衡点，反馈是当前值与平衡值之间的差，这个应该是确定的。

崔新杰 · 发表于 2014-7-31 16:58:33

Malc 发表于 2014-7-28 02:35
可以这么理解，第一个pid用来解决摆杆倒立平衡的问题，第二个用来解决摆杆水平飘动的问题
假如只有第一个 ...

太感谢了，明白了！！

Malc · 发表于 2014-8-1 01:43:30

11yichengming 发表于 2014-7-29 10:16
第二个PID我也不怎么理解，，看了你们说的。
第二个PID是根据电机度速度来调节的，我还是搞不清输入是 ...

你的说法好像不太准确，你说的输入应该是目标值，反馈应该是测量值，输入值是测量值减目标值
所以第一个pid的输入=摆杆当前角度-目标角度（180°），输出=步进电机频率
第二个pid的输入=当前步进电机速度-目标速度（0），输出=平衡点（175°~185°）
另外，第二个pid会影响第一个pid，又由于我们只需要在保持平衡后才考虑静止，所以程序里，只在摆杆介于155~205°时才运行第二个pid
一般的编码器频率不会这么低吧，随便的光电编码盘都能满足需求的，不过我们用的编码器非常贵非常不错

，绝对式编码器，电机方向需要判断，如果用增量式，需要正交编码确定方向

gyq · 发表于 2014-8-1 21:46:53

楼主你好，我想做旋转倒立摆，编码器决定用mini1024j的，但是在淘宝里没有找到想要的型号，还有电机的选则，我想用步进电机，但是具体哪一个型号的不知道怎么选择，你能发一个你在淘宝上到的这二种东西让我参考一下么？谢谢了，

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