平衡小车PID理解

 

       先来解释一下让平衡小车的原理，设置机械中值为0，平衡小车在不平衡时有偏离机械中值的倾角，为了平衡这个倾角必须让小车向那边赶。如何让小车向有倾角那边赶呢？这个时候就需要输出一个准确的PWM！这个准确的PWM应该是多少呢？如果能通过数学模型计算出来也是可以的，但是小车在实际跑的过程中会遇到各种外界因数，即使数学模型能计算出来，但也达到不到实际工程中的误差。这时可以用PID控制了。

      何为PID？官方点来说也就是：比列、积分、微分。为什么要用？当然有它的好处，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时（注意这里是精确，如果要达到精确必须考虑外界的各种影响因素），控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术就特别方便了。在实际工程中，我们可以根据小车的具体情况对小车的PID参数进行调节，这样就可以使小车的平衡达到极致。

       P：即比列，一般是P、I、D中最大的，在平衡小车直立环中，我们是将Kp与角度相乘的，Kp越大，我们能更快的到达我们想要的PWM附近（也就是所谓的"增大比例系数一般会加快系统响应,Kp越大，调节作用越激进，Kp调小会让调节作用更保守），所以一般达不到准确的PWM值。比如小车的倾角为０时，用Kp与角度相乘得到的PWM并不能使小车平衡，小车会不断抖动，因为小车存在转动惯量，计算的PWM会和目标PWM存在一定的稳态误差（静差）。转动惯量是客观存在的，无法使它等于0；我们需要一个控制作用，让被控制的物理量的“变化速度”趋于0，即类似于“阻尼”的作用，这里便用到微分D了，角度的变化速度是什么，角加速度。D的作用就是让物理量的速度趋于0，只要什么时候，这个量具有了速度，D就向相反的方向用力，尽力刹住这个变化。一般用了P、D小车就可以稳住了，那么I又是拿来干嘛的呢？前面我说了小车平衡的原理，即小车往哪边倒，小车就往哪边赶。这个时候可能就会出现小车往一边倒，速度越来越快，我们需要将小车平衡倾角后的速度控制在0，那么我们就要用倒I了。设置一个积分量。只要偏差存在，就不断地对偏差进行积分（累加），并反应在调节力度上。I的作用就是，减小静态情况下的误差，让受控物理量尽可能接近目标值。

      可能我解释得不是很好，我只是将自己的理解写出来给大家参考，这里有篇大佬写的博客对大家可能会有更多的帮助http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-14783-1-1.html