智能汽车直立环控制-智能汽车设计与实践基础

车模直立控制方案选择串级PID控制方案,即将车模的直立控制分为三个环节:速度环、角度环、角速度环。三个环的嵌套顺序为角速度环在最内环,角度环处于中间环,速度环在最外环,结构框图如图7.10所示。

图7.10　串级PID结构框图

下面简单介绍串级PID的基本原理:串级控制系统是指两个调节器串联起来工作,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的输入的系统。前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数);后一个调节器称为副调节,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。

采用串级控制方案的优点如下:

①由于副回路的存在,减小了对象的时间常数,缩短了控制通道,使控制作用更加及时。

②提高了系统的工作频率,使振荡周期减小,调节时间缩短,系统的快速稳定得到增强。(www.xing528.com)

③对二次干扰具有很强的克服能力,克服一次干扰的能力也有一定的提高。

④对负荷或操作条件的变化具有一定的自适应能力。

使用串级PID控制时要注意,最重要的一点就是内外环控制频率的关系。当外环控制频率与内环控制频率比约等于1时,极容易出现共振效应,反映到车模上就会高频振动。为了避免共振效应,内环控制频率应当是外环控制频率的2倍或者以上。车模的直立和方向控制都是采用外环5 ms,内环输出2 ms。

车模直立调试过程:车模直立控制包括姿态检测、串级PID控制,姿态检测使用加速度计和陀螺仪,姿态解算采用四元素法实现。通过串级PID控制使车模直立。车模姿态检测传感器为ICM20602,该传感器上有加速度计和陀螺仪,通过获取该传感器的数据后进行姿态解算,获取角度。直立外环内环都采用PD控制。调试直立环时,先将外环的PD全部给0,调试内环PD,直到将车模立起来,手离开车模的时候有看到明显的抑制车子倒下的现象,再调试外环PD,具体的调试方式可以参考飞控的调试方法。

同时在速度控制方面,车模没有零点,只有通过加减配重来实现控制车模的加速度,全程保持恒定角度,也便于测距模块检测横断的距离,而读取编码器的数值只用于控制方向。