舵机及PID控制.docx

舵机：小车转向的控制机构。也就是控制小车的转向。它的特点是结构紧凑、易安装调试、控制简单、大扭力、成本较低等。舵机的主要性能取决于最大力矩和工作速度（一般是以秒/60°为单位）。它是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并能够保持的控制系统。在机器人的控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机能够在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出值得单片机系统很容易与之接口。--组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等--工作原理：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。--输入线：中间红色——电源线Vcc；黑色——地线GND；白色/橘黄色——控制信号线--信号：pwm信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5MS,相对应的舵盘位置为0－180度，呈线性变化。也就是不同脉冲宽度的pwm波，舵机将输出不同的轴转角。所以要控制小车的转角，我们就要控制输出不同脉冲宽度的pwm波。pwm波脉冲宽度与角度的关系：PWM：脉冲宽度调制--原理：对电路元件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲。猪八戒的耙子就可以看似脉冲宽度相等的pwm波形。那不相等的呢，可以 把一排身高相等但月半瘦不同的人排排站看做脉冲宽度不相等的pwm波形。可见要想脉冲宽度不相等，就是每个波用的材料的多少（当然前提是等高），在电路中，我们要做的就是在输入的高电压大小相等的前提下，使每个单位时间内输入的高电平时间不相等，就可以得到一组高度相等但脉冲宽度不相等的pwm波。我们这里引入一个新概念——占空比。占空比：在周期型的现象中，某种现象发生后持续的时间与总时间的比--例如，在成语中有句话：「三天打渔，两天晒网」，如果以三天为一个周期，“打渔”的占空比则为三分之一。(这一行和上一行摘自百度百科，版权归百度百科。）因为感觉这个成语说得很对，就拿来它做例子，根据这个成语，大家也应该懂占空比的意思了。PID控制：一种调节器控制规律为比例、积分、微分的控制。其中：P：比例（proportion）、I:积分（integral）、D:导数（derivative）--其输入e(t）与输出u(t）的关系为：式子中Kc为比例系数，T1为积分时间参数，Td为微分时间常数。--各个参数的意义作用：Kc：比例系数。一般增大比例系数，将加快系统的响应。T1：积分时间常数。一般地，积分控制通常与比例控制或比例微分控制联合使用，构成 PI或 PID控制．增大积分时间常数?(积分变弱)有利于小超调，减小振荡，使系统更稳定，但同时要延长系统消除静差的时间．积分时间常数太小会降低系统的稳定性，增大系统的振荡次数．Td：微分时间常数。一般微分控制和比例控制和比例积分控制联合使用，组成PD或PID控制，微分控制可改善系统的动态特性。打个比方，如果现在输出的是1，目标输出是100，那么P的作用是以最快的速度达到100，把P理解成一个系数即可。而I？我们高数上讲0的积分才是一个常数。I就是使误差为0而起调和作用；D是微分的意思，微分就是求导，导数代表切线，切线的方向就是最快到达至高点的方向，这样D可以帮助我们最快获得最优解。微分的作用就是加快调节过程的作用。公式的推导：看看最后的结果：?△Uk=A*e(k)+B*e(k-1)+C*e(k-2)?根据公式可以看出KP就是P的值，TD是D的值，1/Ti是I的值，都是常数。我们发现式子中还有个T值，T是采样周期，是一个已知数。式中A、B、C就可以根据式子代入数据得到。所以，我们只需要要求e(k)、e(k-1)、e(k-2)就可以知道△Uk的值了。再按照△Uk来调节PWM的大小就可以了。-- 反馈系统：（图片摘自百度图片，链接地址：/search/detail?ct=503316480z=0ipn=dword=PID%E6%8E%A7%E5%88%B6step_word=hs=0pn=2spn=0di=92888224990pi=0rn=1tn=baiduimagedetailis=0%2C0istype=0ie=utf-8oe=utf-8in=cl=2lm=-1st=undefinedcs=3242982419%2C680870953os2C3429637524simid=3373883362%2C353572133adpicid=0ln=1918fr=fmq=1480928727935_Rfm=ic=undefineds=undefinedse=sme=tab=0width=height=face=undefinedist=jit=cg=bdtype=0oriquery=objurl=http%3A%2F%2F%2Fmiddle%2F6672428749a