平衡机器人PID调整

Question

我正在努力构建一个两轮平衡机器人。我已经将所有硬件构建并组合在一起，我认为我也编写了它。我正在使用带有陀螺仪和加速度计的IMU，通过互补滤波器找到我的倾斜角度，以平滑信号。来自IMU的输入信号看起来非常平滑，如小于0.7方差+或 - 实际倾斜角度。

我的IMU采样率为50 Hz，我也在50 Hz进行PID计算，我认为应该足够快。

基本上，我正在使用 PID Library 中的PID库。

当我将P值设置为低值时，车轮朝向正确的方向。

当我将P值设置为大的值时，我得到一个类似于图形的输出。

Answer 1

从图表看起来您的系统不稳定。 我希望您在直接进行调整之前已经测试过机器人的每个子系统。这意味着传感器和执行器都能正确响应并且具有可接受的误差。一旦每个子系统都适当地校准外部错误。你可以开始调整。 一旦完成这个你可以从P的有效值开始可能是（0.5）首先达到正确的响应时间，你需要在这里做一些试验，它们慢慢递增我以减少稳态错误（如果有的话）并且仅在使用D时要求（在振荡的情况下）。 我建议逐个处理P，I和D，而不是一次调整所有。 此外，在测试过程中，您需要持续监控传感器和执行器数据，看它们是否在可接受的范围内。

Answer 2

正如普拉克斯写的那样，你的系统看起来好像不稳定或者可能稍微稳定。

一般情况下，两轮机器人很难控制，因为它们在没有控制器的情况下本质上是不稳定的。

我个人会先尝试一个PD控制器，如果你有设定点精度问题，我会使用一个PID，但请记住，如果你想在你的控制器（D部分）中有一个差分增益，那就非常重要的是你有一个非常平稳的信号。

此外，控制器的值很大程度上取决于您的硬件设置（机器人的重量和重量分布，电机系数和电压水平）以及软件内部用于控制信号的单位（例如mV V，度/弧度）。这意味着任何人都几乎不可能为你猜出正确的参数。

控制工程师可以做的是制作机器人的数学模型并分析极点/零点位置。

如果您对控制理论有任何经验，可以查看以下论文，看看它是否对您有意义。

http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/69500/775672333.pdf

Answer 3

PID调整有很多启发式规则，但是大多数人没有意识到，PID调整不应该是一个启发式过程，而应该基于数学和科学。

@Sigurd V说的是正确的：“控制工程师可以做的就是建立数学模型……”，这可能会变得很复杂。但是如今，有很多软件工具可以帮助您自动化所有数学运算，并非常轻松地获得所需的PID增益。

假设所有硬件都处于良好状态，则可以使用PidTuner之类的免费在线工具来输入数据，并接近最佳PID增益。我亲自使用它并取得了良好的效果。以这些为起点，然后根据需要手动进行调整。

Answer 4

如果您还没有，我建议您搜索条件Arduino PID（显而易见的建议，但很多人都在这条路上）。我记得在编写PID库的时候，作者发布了很多教程等等（example）。我也遇到了这个PIDAutotuneLibrary。

我编写了自己的PID例程，但也有一点时间调整，从来没有完全正确。