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智能车辆控制系统pid算法的设计
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内容提示：智能车辆控制系统pid算法的设计,pid算法,pid算法c语言,pid控制算法,pid算法c程序,增量式pid算法,pid算法视频教程,数字pid控制算法,增量式pid算法公式,增量式pid控制算法
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【2014电赛复赛】E题-智能平衡电动小车-PID算法
本帖最后由 JaceLin 于
23:00 编辑
这里只说寻迹算法，其他功能实现不提，可自行下载源码研究：
注：本程序虽然已经能完成了复赛的所有功能，但不是很完美，仅供参考，，欢迎修改&发布。
一、说明：
1、本程序用到了7个红外对光管
2、本程序适用于任何单片机，自行更换底层硬件接口
3、经测试，本程序能相对稳定、高速控制小车
4、本程序只用到了位式PID算法的P算法，不带ID
5、本程序为开环PID算法，不带测速反馈(电赛只有4天，能省就省)
1、红外部分
红外部分是7个led,为了省事，我们就把led接到连续的地址上(51单片机可以用连续的Px0-6/Px1-7，其他单片机可以自行定义I/O口，只要符合内存地址连续)。
下面是LED读取与处理，目的是取得PID的偏差量：Infrared.c 文件//硬件初始化函数，主要为设置单片机引脚为输入功能，51单片机可以省去这一步
void InfraredInit()
{
&&Select_function(INFRARED_PORT,0,6,ALT1|PULLUP);&&//gpio功能
&&Gpio_Dir(INFRARED_PORT,INFRARED,Input);& && && &//输入
}
//取得IO电平
unsigned char GetInfrared()
{
&&unsigned char data = ptb_input(0);//PTD0-7
&&return (data%128);//去掉第8位
}
//偏差计算，方向PID里面用到
int InfraredValue=0;//偏差值
void InfraredOffset(unsigned char value)
{
&&switch(value)
&&{
&&case 0: //没有黑线时，的小车状态，这里设定为直走，可以改变
& & InfraredValue=0 ;
& &
case 127: //停车用，可以删除
& &if(StopCarTimes)
& &{
& &&&if(GetRoadDistance()&60)
& &&&{
& && & StopFlag=1;
& &&&}
& &}
& &
&&//&&左& &1-2-3-0-3-2-1& &&&右
& &
& &/*---------------右边------------*/
&&case 1: //右边1
& & InfraredValue=6 ;
& &
&&case 2: //右边2
& & InfraredValue=4 ;
& &
&&case 4: //右边3
& & InfraredValue=2 ;
& &
&&case 3:
& & InfraredValue=5 ;
& &
&&case 6:
& & InfraredValue=3 ;
& &&&
&&case 12:
& & InfraredValue=1 ;
& &
&&/*--------------中间--------------*/&&
&&case 8:&&// 中点
& & InfraredValue=0 ;
& &&&
& &
&&/*---------------左边-------------*/&&
&&case 16: //左边 3
& & InfraredValue=-2 ;
& &&&
&&case 32: //左边 2
& & InfraredValue=-4 ;
& &&&
&&case 64: //左边1
& & InfraredValue=-6 ;
& &&&
&&case 24:
& & InfraredValue=-1 ;
& &&&
&&case 48:
& & InfraredValue=-3 ;
& &
&&case 96:
& & InfraredValue=-5 ;
& &
& &
default: //保持
& &
& &
&&}
}复制代码
2、红外方向控制PID处理偏差值：
首先PID用的是位式PID的P算法 ,完整的公式为&&：
Pout = Kp*offset + ∫Ki*offset + Kd*(offset -offset_last)
Pout：PID计算结果，此值会在 速度PID算法中用到 (速度控制用的是闭环，所以本程序不带速度PID)。
offset 为本次偏差，offset_last是上次的偏差
Kp& & :&&比例参数，这个值可以自己估算，这个值非常重要！转弯效果就靠它!!!
Ki& & ： 积分参数，这个 ∫Ki*offset& & 可以明显看出，它的输出是与过去偏差有关的，此值具有一定的滞后性！！！
Kd& &： 微分参数
好，再看看本程序中用到的PID算法公式：
Pout = Kp*offset
pout ：PID计算结果，此值会在 速度PID算法中用到 (速度控制用的是闭环，所以本程序不带速度PID)。
Kp& &&&: 比例参数，这个值可以自己估算，这个值非常重要！转弯效果就靠它!!!
这里的offset 我们更加具体一点，offset 就是 红外处理函数里面的 InfraredValue
值得一提的是，本程序并不是直接令 offset = IfraredValue，而是 用的偏差二次方！
为什么？因为 pout 和 offset 并不是 一次线性函数关系，正确来讲这个关系很像二次函数!
所以红外方向控制PID程序如下：DirectionControl.c 文件/*--------变量--------*/
//PID参数& && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && && &&&
float DirectionControl_P=25; /值大过弯就急
float DirectionControl_I=0;&&//Ki参数，不用
float DirectionControl_D=0;&&//Kd参数，不用
//P控速的输出
float g_fDirectionControlOut=0;
//停车与开车控制标志
int DirectionControlFlag=0;
static int ExpDirValue=0;//方向期望值
extern int InfraredV//红外函数里面声明，偏差值
//偏差值
float offset=0;
void DirectionControl()
{
&&
&&if(DirectionControlFlag==0)//停车函数，可以删除
&&{
& & g_fDirectionControlOut=0;
& &
&&}
&&offset=ExpDirValue-InfraredV//左偏+，右偏-
&&//二次方
&&if(offset&0)
& & offset=offset*(-offset);
&&else
& & offset=offset*
&&g_fDirectionControlOut= DirectionControl_P*& && && && && && &
&&
}复制代码
3，速度控制函数：SpeedControl.c文件
/*-------变量--------*/
/*控制输出限幅*/
#define MOTOR_OUT_MAX& && &&&900
#define MOTOR_OUT_MIN& && & 0//-900&&//由于小车用不到反转轮子，所以最小值定义为0
//P控速的输出，在DirectionControl.c内定义&&
extern float g_fDirectionControlO
//停车与开车控制标志
extern int DirectionControlF
//此值是 速度闭环值，此值很关键！！！它就是控制小车速度快慢的值！！！相当于速度
//本程序用的pwm精度是1000，可以根据自己的单片机修改
float g_fSpeedSet=800;
/*------------------------------------------------------------------
* 函数说明：
& && && && & 方向控制输出g_fDirectionControlOut ：左转&0,右转&0
* 函数输入：
* 函数输出：
*
*------------------------------------------------------------------*/
void MotorOutput()
{
&&float Lout,R
&&Lout = g_fSpeedSet-g_fDirectionControlO
&&Rout = g_fSpeedSet+g_fDirectionControlO
&&
&&if(Lout&MOTOR_OUT_MAX) Lout=MOTOR_OUT_MAX;& & //防过冲
&&else if(Lout&MOTOR_OUT_MIN) Lout=MOTOR_OUT_MIN;
&&
&&if(Rout&MOTOR_OUT_MAX) Rout=MOTOR_OUT_MAX;& &//防过冲
&&else if(Rout&MOTOR_OUT_MIN) Rout=MOTOR_OUT_MIN;
&&SetMotorPWM(Lout,Rout);&&
}
/*------------------------------------------------------------------
* 函数说明：把速度控制 与 方向控制结合结果给电机输出
& && && && &小车方向为：安装电池的一边为正转方向，否则为反转方向
*
* 函数输入：
* 函数输出：
*
*------------------------------------------------------------------*/
void SetMotorPWM(float Lout,float Rout)
{
&&//printf(&Lout=%d,Rout=%d \n&,(int)Lout,(int)Rout);
&&if(Lout&=0) //正转
&&{
& &&&L1((uint32)Lout);L2(0);&&
&&}
&&else& && &//反转
&&{
& &&&L1(0);L2((uint32)Lout);
&&}
&&//////右边电机
&&if(Rout&=0) //正转
&&{
& &&&R1((uint32)Rout);R2(0);
& && &
&&}
&&else& && &//反转
&&{
& &&&R1(0);R2((uint32)Rout);
&&}
}复制代码
4、主函数
void main()
{
SystemInit();//硬件初始化
InfraredOffset(GetInfrared());//红外处理，求偏差
DirectionControl();//方向控制，求方向PID值
MotorOutput();&&//方向和速度结合，电机控制
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楼主很厉害。我想请问楼主在题目里面怎么样控制电机的平衡，不会让上面的球掉出来！
楼主很厉害。我想请问楼主在题目里面怎么样控制电机的平衡，不会让上面的球掉出来！ ...
程序已经上传了，这里我就不解释了，有空你可以下载自行研究。。。基于间接PID的智能车控制算法研究_徐莺_百度文库
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