平衡小车调节PID参数【详细版】_平衡车pid参数怎么调

简言：巩固学习，分享思路，欢迎指正。

一、注意事项

这里先把注意事项放文章前面，以免有小伙伴边看边调。
1.调节速度环和直立环时需要将转向环全程注释掉，调节完成后取消注释。
（若是转向换参数已调节好，影响不大。建议按流程走）
如图所示：

2.调节某个环参数的极性时需要暂时将其他环注释掉或将其参数置为0，调节大小时再次引入其他环。
3.调节直立环的kd参数时，若出现高频率小幅度震荡需及时关闭电源，以防止电机和电机驱动模块烧毁，具体现象可参考下方视频。

二、调参流程

1、机械中值

机械中值定义：小车处于直立状态的俯仰角pitch。该值的大小由小车的硬件所决定，每一辆小车的机械中值可能各不相同，如-1°，1°，0°。
机械中值确定方法：将小车放在一个平面(地面或桌面上)，从后向前轻推小车，记录小车倒下瞬间的角度值，同理反方向重复一遍，将两个角度值相加除2就是机械中值。
补充：加入速度环后，机械中值对小车的影响不是很大。由于在速度环的作用下，小车在一定范围内的机械中值下都能保持平衡。但是！我们还是得认真的测试一遍小车机械中值，如图这是我测得的机械中值。

2、直立环 (内环)

确定好机械中值后，我们就可以引入直立环了。

2.1 直立环作用

顾名思义，能够使小车保持直立。

2.2 直立环调节方法

分为两步：1.调节kp极性和大小。 2.调节kd极性及大小。

1、Kp
(1)极性：可以先随便设定一个初值，如-1°
极性正确：小车往哪边倒，车轮就往哪边加速转动，保证小车处于直立状态。
极性错误：小车往哪边倒，车轮就往反方向转动，会使得小车加速倒下。
(2)大小：确定好kp的极性后调节大小
方法：一直增大kp直至小车出现大幅度低频率的震荡，此时kp已经足够大可以引入Kd（微分项）

2、Kd
(1)极性：同理可以先随便设定一个初值如-1°
极性正确：拿起小车绕电机轴旋转，车轮同向转动，有跟随。
极性错误：拿起小车绕电机轴旋转，车轮反向转动，无跟随。
(2)大小：确定好kp的极性后调节大小
方法：一直增大kd，观察到小车出现不明显的小幅度高频率震荡时，可继续增大至出现明显的小幅度高频率的震荡，此时需要立即关闭电源，以防电机及驱动烧毁。

如图是我调节好的直立环参数：

补充：此时直立环的kp、kd参数都是最大值，需要乘以0.6最为最终参数。（若不加速度环，小车难以维持长时间直立。需乘以0.6后引入速度环，引入速度环后整体性能大幅改善，小车可保持长时间的直立状态且抗击打）

3、速度环 (外环)

直立环调节完成后，第二步就是调节速度环。

3.1 速度环作用

保持设定的速度，如图所示设定速度为0，所以加入了速度环小车就会保持在原地前后摆动。

3.2 速度环调节方法

经查阅资料，kp和ki呈线性关系：Ki=(1/200)*Kp
由此表达式可知kp，ki极性相同，故只需调节kp即可。（kp、ki同时调节）

(1)极性：（注释直立环）
极性正确：手动转动其中一个车轮，两个车轮会同向加速，直至电机最大速度
极性错误：手动转动其中一个车轮，另一车轮会以同样速度反向旋转

(2)大小：（取消注释直立环）
增大Kp&Ki，直至小车保持平衡且速度接近0（可能会在原地一定幅度的摆动），回位效果好。

如图是我调节好的速度环参数：

补充：引入直立环和速度环后小车可以保持很好平衡性，同时还具备一定抗击打能力。但会出现一定的旋转现象，原因是我们注释掉了转向环而转向环作用是抑制转向，此时只需取消注释并调节转向环。

4、转向环

4.1 转向环作用

不加转向环时，小车在平衡过程中会慢慢的转动。而转向环的作用就是对他的转向进行一个约束。

4.2 转向环调节方法

分为两步1.确定kd极性 2.确定kd大小

(1)Kp 极性：
极性正确：拿起小车，并将小车绕Z轴旋转，两车轮旋转的趋势与小车旋转趋势相反
极性错误：拿起小车，并将小车绕Z轴旋转，两车轮旋转的趋势与小车旋转趋势一致

(2)Kp 大小：
 加大Kp，若调节过程中小车有旋转趋势，说明Kd的值还是过小，则需要继续增大Kd的值。
 若不改变目标速度观察小车无转向趋势时kd大小适中，若是给小车一个目标速度观察小车走直线情况较好，在一定范围内偏移较小，则大小适中。
 若小车出现明显的高频振荡，说明Kd过大。

如图是我调节后转向换的参数：

三、视频教程

注意：跟视频调参时需要先认真且仔细的阅读一遍文章，因为视频中有些重点没有强调需要配合文章使用。

四、小结

至此平衡小车PID参数的调节就大功告成了，由于硬件的原因，平衡性能并不是很完美。大家后面可以自制PCB或集成电路板，性能将大幅提升。同时也可以使用蓝牙串口模块与手机通信从而控制小车作为进阶学习。