智能車(chē)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)介紹

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是通過(guò)控制電機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，來(lái)滿(mǎn)足工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種工作機(jī)械按照人們期望的要求運(yùn)行，以滿(mǎn)足生產(chǎn)及應(yīng)用的需要。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由電機(jī)、功率變換裝置、控制器及相應(yīng)的傳感器構(gòu)成，其框圖及涉及學(xué)科領(lǐng)域如下圖：

對(duì)照運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可以推斷出智能車(chē)中的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)如下：

被控對(duì)象

電機(jī)是門(mén)深?yuàn)W的學(xué)問(wèn)號(hào)稱(chēng)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的天書(shū)之最（筆者當(dāng)初被電機(jī)學(xué)折磨的有陰影，故有關(guān)電機(jī)不做分析）。

（此處所提到的電動(dòng)機(jī)都是車(chē)模上指定的普通直流電機(jī)，不包括十七屆中的無(wú)刷電機(jī)）智能車(chē)中的電機(jī)都是用于調(diào)速系統(tǒng)的拖動(dòng)電機(jī)，而舵機(jī)則是用于伺服系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)的一種。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

功率放大與變換裝置在智能車(chē)系統(tǒng)之中指的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠根據(jù)主控輸出的信號(hào)，動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)被控對(duì)象（直流電機(jī)）的驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩_(dá)到控制車(chē)身速度的作用。

控制器

智能車(chē)運(yùn)動(dòng)控制的控制器一般采用數(shù)字PI控制（關(guān)于PI控制器后面會(huì)出一篇PID的文章描述），大家姑且先把PI控制器當(dāng)做一個(gè)公式，只用輸入誤差，輸出的就是根據(jù)內(nèi)部算法計(jì)算后的結(jié)果。這里借用龍邱科技的 代碼片。

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typedef struct
{
  float                kp;         //P
  float                ki;         //I
  float                kd;         //D
  float                imax;       //積分限幅
  
  float                out_p;  //KP輸出
  float                out_i;  //KI輸出
  float                out_d;  //KD輸出
  float                out;    //pid輸出
  
  float                integrator; //< 積分值
  float                last_error; //< 上次誤差
  float                last_derivative;//< 上次誤差與上上次誤差之差
  unsigned long        last_t;     //< 上次時(shí)間
}pid_param_t;


pid_param_t Speed_PID;


Speed_PID.kp = 130;
Speed_PID.ki = 2.5;
Speed_PID.kd = 0.25;
/*************************************************************************
*  函數(shù)名稱(chēng)：void Motor_Control(void)
*  功能說(shuō)明：電機(jī)控制
*  參數(shù)說(shuō)明：
*  函數(shù)返回：
*  修改時(shí)間：
*  備    注：這類(lèi)設(shè)計(jì)PID運(yùn)算的函數(shù)一定要放在定時(shí)器中斷內(nèi)保持控制周期穩(wěn)定
*************************************************************************/
void Motor_Control(void)
{
  MotorDuty1 = (int)PidIncCtrl(&Speed_PID, Target_Speed -       ECPULSE1);
    if(MotorDuty1 > 8000)MotorDuty1 = 8000;else if(MotorDuty1 < -8000)MotorDuty1 = -8000;
    if(Speed_PID.out > 8000)Speed_PID.out = 8000;else if(Speed_PID.out < -8000)Speed_PID.out = -8000;
    Motor1Ctrl(MotorDuty1);
    // 電機(jī)閉環(huán)控制
}




/*************************************************************************
*  函數(shù)名稱(chēng)：float constrain_float(float amt, float low, float high)
*  功能說(shuō)明：pid增量式控制器輸出
*  參數(shù)說(shuō)明：
* @param    pid     pid參數(shù)
* @param    error   pid輸入誤差
*  函數(shù)返回：PID輸出結(jié)果   注意輸出結(jié)果已經(jīng)包涵了上次結(jié)果
*  修改時(shí)間：2020年4月1日
*  備    注：
*************************************************************************/
float PidIncCtrl(pid_param_t * pid, float error)
{
  
  pid- >out_p = pid- >kp * (error - pid- >last_error);
  pid- >out_i = pid- >ki * error;
  pid- >out_d = pid- >kd * ((error - pid- >last_error) - pid- >last_derivative);
  
  pid- >last_derivative = error - pid- >last_error;
  pid- >last_error = error;
  
  pid- >out += pid- >out_p + pid- >out_i + pid- >out_d;
  
  return pid- >out;
}