平衡小车PID，就该这么调！！！

上一篇文章：看完这篇文章，还不会做平衡小车，你来打我。

描述了平衡小车的制作过程，也开源了一部分设计资料。

在上篇文章留言中，有朋友说：

安排，必须安排！

1、PID

关于PID的概念，网上相关的帖子太多，在此不再赘述。

之前也有过几篇关于PID的文章： 

再论PID，PID其实很简单。。。

PID算法搞不懂？看这篇文章就够了。

这次我们聊下关于平衡小车中的PID，

在平衡小车的PID中，分为三种PID，分别是直立环、速度环、转向环。

任何一个PID最终计算出来的都是电机PWM，都是需要赋值给电机的。

环环嵌套，得出电机的最终控制PWM。

2、直立环PID

在直立环中，PID的入口参数为：平衡小车的姿态角和姿态角对应的角速度。

值得说明，MPU6050得出来的姿态角有三种：PITCH（俯仰角）、ROLL（翻滚角）、YAW（航向角）

一般来说，MPU6050都是平方且平行装在平衡小车上，总不会有人垂直装吧

如果平放且平行安装，那么直立环PID的入口参数为：Pitch或roll。

直立环中，有一个较为重要的概念，也就是机械中值。

通俗讲，小车在不接受任何外力或者电机作用，能够找到一个角度自我平衡。

如何理解这句话：

很简单，小车电机不转动，人的手扶着小车，小车总能找到一个角度，自我短期平衡。此时的角度就是机械中值。

直接看代码：

/*******************************************************************
函数功能：直立PD控制
入口参数：角度、机械平衡角度（机械中值）、角速度
返回  值：直立控制PWM
作    者：公众号【大鱼机器人】
******************************************************************/
int balance_UP(float Angle,float Mechanical_balance,float Gyro)
{  
   float Bias;//角度误差
   int balance;//直立环计算出来的电机控制pwm
   Bias=Angle-Mechanical_balance;                   
   //===求出平衡的角度中值和机械相关
   balance=balance_UP_KP*Bias+balance_UP_KD*Gyro;  
   //===计算平衡控制的电机PWM  PD控制   kp是P系数 kd是D系数 
   return balance;
}

从程序上看：

balance_UP_KP 为直立环的P，

balance_UP_KD 为 直立环的D。

如何确定P和D的大小和极性？

2.1 直立环 P 范围确定：

需要先确定PWM的范围，例如，定时器最大的PWM为7200，此时占空比为100%，电机应该是全速运行。

如果小车需要直立，摆幅，差不多就要≤10°。,如果超过此范围，小车抖动较为厉害

根据直立环的程序：

balance=balance_UP_KP*Bias+balance_UP_KD*Gyro;

由于PWM最大是7200，角度在10°，反推可以得到:

直立环的P可选范围应该在0~700。

当然这只是个大致的范围，具体多少还需要进一步调试。

2.2 直立环 P 极性确定：

极性也就是符号，P到底是给正的，也是负的。

直接给kp正负值，然后观察现象： 

正常出现的现象是负反馈，小车往那边倒，电机转动使得小车往要倒的方向去追。使得小车能够往反方向站起来！

如果出现正反馈，车往哪边倒，电机转动使得小车快速倒下。这种现象就是不对的。

2.3 直立环 P 大小确定：

慢慢试错，从小到大，响应慢慢加快也就是小车倒下后恢复直立的时间越来越短，直到小车出现大幅度的低频抖动！

此时的P可以确定。

2.4 直立环 D 极性确定：

D的极性较为好确定，设P为0，D给正负值，分别去试，看效果。

当拿起小车进行旋转时，小车的轮子应该是小车旋转方向相同，此时说明极性是对的。

如果小车的轮子转动和小车的转动方向不相同，说明此时极性是反的！

2.5 直立环 D 大小确定：

D的大小，需要联合P去调试，在P调好的基础上，加入D，从小到大慢慢去试，从程序PD可以看到，D对应的是角速度，由于角速度都是四位数以上的数值，所以可以从0.1开始试。

一直到小车出现高频的剧烈抖动。

需要说明的是，如果小车各方面机械机构都分布较为均匀，重量分布较好，重心较低，小车靠单纯的直立环能够暂稳。

但一般来说，没有谁的小车机械结构做的很好。

所以说，单纯靠直立环是无法将小车站稳的。需要再加入速度环。

单纯的直立环能使小车站稳 5s 就说明调的很好了！

3、速度环

速度环中，采用PI控制，积分控制和比例控制有一定的比例关系。

这里可以确定为200，别问为什么，没有为什么。问就是200！

速度环的入口参数，为小车的2个电机编码器数值，也就是测速！

没有小车速度的实时反馈，谈何速度闭环。

看代码：

/**************************************
入口参数：电机编码器的值
返回  值：速度控制PWM
作    者：公众号【大鱼机器人】
**************************************/
int velocity(int encoder_left,int encoder_right)
{  
    static float Velocity,Encoder_Least,Encoder,Movement;
    static float Encoder_Integral;
   //=============速度PI控制器=======================//  
    Encoder_Least =(Encoder_Left+Encoder_Right)-0;      
    //===获取最新速度偏差==测量速度（左右编码器之和）-目标速度（此处为零） 
    Encoder *= 0.7;          //===一阶低通滤波器       
    Encoder += Encoder_Least*0.3;   //===一阶低通滤波器    
    Encoder_Integral +=Encoder; //===积分出位移 积分时间：10ms
    if(Encoder_Integral>10000)    Encoder_Integral=10000;   
    //===积分限幅
    if(Encoder_Integral