入门智能车 | 带你认识PID闭环控制 - 增量式PID实现电机速度闭环

发布网友 发布时间：2024-10-23 23:59

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热心网友 时间：2024-11-10 03:33

闭环控制是控制论的一个基本概念，它指的是作为被控的输出量以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。带有反馈信息的系统控制方式。在智能车领域，我们可以通过闭环控制来实现电机的精确转动。本文将从电机的开环控制与闭环控制的区别、PID算法的介绍、PID算法的计算方法、如何使用编码器获取转速、PID的计算与应用以及选择增量式PID或位置式PID的考虑等方面，一步步带你深入理解PID闭环控制，并通过代码模板展示实现过程。

电机的开环控制与闭环控制是两种不同的控制方式。在开环控制中，我们通过人为调整占空比来改变电机转速，但这种控制方式依赖于人为经验，无法实现精确控制。相比之下，闭环控制通过引入反馈信息，使得控制过程形成闭环，可以根据实际输出与设定目标之间的差异，自动调整控制参数，实现更精确的控制效果。

PID（Proportional-Integral-Derivative）算法是闭环控制中的核心算法，它通过比例、积分和微分项的综合运用，实现对系统的实时调整。PID算法中的比例项（P）根据当前误差的大小进行调整，积分项（I）累积历史误差，以消除稳态误差，而微分项（D）预测误差变化趋势，避免系统响应的滞后。

在电机速度闭环控制中，我们首先需要通过编码器获取实际转速，然后利用PID算法计算出控制量，最后将控制量应用于电机控制，实现闭环控制。编码器的输出信号可以是脉冲数，通过这些脉冲数，我们可以计算出电机的转速。在闭环控制中，我们关注的是瞬时转速，因此需要根据采样周期对脉冲计数进行更新。

为了实现闭环控制，我们需要在每一次采样周期结束时调用PID算法，计算控制量，然后将控制量应用到电机的PWM信号中，从而实现对电机转速的闭环控制。在这个过程中，我们还需要注意PID系数的调节，以适应不同应用场景的需求。通常情况下，PID的微分项可以设置为0，以避免过度响应，比例和积分项可以根据实际需求进行调整。

代码模板部分提供了一段基本的PID控制实现代码，包括初始化、采样、PID计算和控制量输出等关键步骤。通过这段代码，读者可以更直观地理解PID控制在实际编程中的应用。

总之，PID闭环控制是实现精确电机控制的关键技术，通过深入理解PID算法及其在不同场景下的应用，我们能够更有效地控制智能车中的电机，实现更加精准、稳定的行驶。