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標題: 飛思卡爾單軸兩輪平衡車制作經驗交流，附資料 [打印本頁]

作者: 51hei學習技術中 時間: 2016-10-18 16:53
標題: 飛思卡爾單軸兩輪平衡車制作經驗交流，附資料
辛苦了大概兩個多月，之前一直都調不好。中間也遇到了很多的問題，但當問題解決后每次都是重大的突破。現在就介紹一下，制作過程中遇到的問題。
            1、關于加速度計的轉換系數
            要制作自平衡車，角度和角速度的計算就很重要。關于加速度計和陀螺儀的使用就不多說了，他們一個用來測加速度計，一個用來測角速度。
            把從加速度計讀出來的數據轉換成角度，要乘以一個比例系數。在轉換成角度角度的過程中，可以完全不用三角函數（因為車的傾角其實不會超過正負10度，后面會提到），直接把（最大值-最小值）/90（/2如果有正負的話）作為比例系數就可以了（這樣可以和真實角度比較）。其實理論上這個比例系數是什么都可以，因為后面陀螺儀轉換系數是根據加速度計的轉換比例系數跳出來的，所以加速度計的比例系數無論是什么值都沒有影響。

            2、關于陀螺儀轉換系數
            陀螺儀的轉換系數需要根據濾波的波形來調（我是在飛思卡爾公布的官方方案中看到的，經實踐千真萬確），陀螺儀的轉換系數不用去算，只需要通過看波形去調就可以了，直到不超調也不滯后就可以了，具體的可以看附件官網方案中的93頁（第二版）。

            3、關于濾波
            角度濾波有很多方案，我所知道的是互補濾波、官網的方案和卡爾曼濾波，我的感想是什么濾波都不重要，重要的是參數要調好。

            互補濾波：這是很簡單也很實用的方法，其實和官網的方案有一點類似的地方，在網上有一個很著名的20頁的PPT文件The Balance Filter，介紹的是互補濾波，相信大家看了之后都會明白的。在文件中，作者把高通濾波系數a和時間常數T（濤，不知道怎么打出來）及采樣周期dt用一個公式建立了聯系，而我的經驗是，我們不要用這個公式去計算。高通濾波系數取0.98（不能比0.98再小了，會不平滑），采樣周期根據你程序的需要是多少就多少（5ms的效果會比10ms好很多，越小越好），濾波可以通過調陀螺儀的轉換系數達到很好的效果。也就是說，用互補濾波的關鍵調試參數是陀螺儀轉換系數，把加速度計轉換系數、高通濾波系數和采樣周期定好之后，只需要調試陀螺儀轉換系數就可以達到滿意的效果了
            PS：互補濾波的效果一定不差，我看過網上用互補濾波和單純的P控制達到很好的效果的。

            官網濾波方案：我總覺得官網的和互補濾波有些相似，經實驗，效果也是很好的。具體的公式在參考方案里面也有。調試的關鍵就是陀螺儀轉換系數。

            卡爾曼濾波：一直沒用過，也不會用，主要是沒弄懂。我不喜歡用一知半解的東西，因為出現問題的時候排查不出來或者不知道怎么解決問題。網上也有很多卡爾曼濾波的程序，因為一直看不懂，就連試也沒試。如果會用的話，效果應該是好的，但我不會用。如果有誰用興趣的話還請多多指教，互相交流一下。

            4、關于控制
            當然有再好的角度和角速度控制不好的話也是站不好的。控制就用一般的PID控制，PWM=P*角度+D*角速度，這里沒用積分控制，效果已經很好了。
            在官網的方案中，還加上了死區電壓，我的最大的體會就是，這個死區電壓是可以不要的，而且不要更好（或者去一個小一點的值）。
            這樣的話就要把P調的很大。具體是多大呢，至少是電機滿值的十分之一（五分之一甚至三分之一都是沒問題的），例如電機最大輸出是1的話，P取0.1、0.2、0.3都是沒問題的（官網的方案好像是取的0.3），如果點擊最大輸出是5000的話，那么P取500、1000、1500都是可以的，（當然前提是加速度計轉換系數轉換出來的角度值和真實值相當，否則另當別論）。所以車模的角度應該不會超過正負十度，因為當P=0.3的時候，車模有三度多的偏差時電機就滿電壓輸出了。我之前就是一直用一個很小的P去調，原來所有的問題就在于把P調大就可以了。
            至于D的話，大概在P的七十分之一或八十分之一之間都是可以有很好的效果的。這個關系就和加速度轉換系數沒有關系了。比如官網中P=0.3則D=0.3*1/75=0.004，在我這里P=1000，則D=1000*1/75=13.3，效果都是很好的。PS：這個關系只是在車模靜止平衡時的關系，行進中的關系我還沒有實驗過。

            5、說明
            （1）陀螺儀的過沖是一個嚴重問題，高通濾波的那個電容是不可取的，要把它去掉才好。
            （2）每一步都是關鍵，要真正理解原理才會知道怎么調

互補濾波器The Balance Filter.rar

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作者: 瑩狼夢 時間: 2017-3-15 14:15
謝謝樓主

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