Microduino 单维度PID调整/zh

目的 本教程将让大家了解PID，并通过processing展示的波形图来更好的理解PID控制，为以后制作自平衡小车打下坚实的基础。 设备 Microduino-Core Microduino-FT232R 其他硬件设备 USB数据连接线 一根 电位器 一个 理解PID PID在自动控制领域有着极其重要的作用，作为最早实用化的控制技术已经有70多年的历史，近几年一些创客们自制的一些很酷的东西，如：四轴飞行器，自平衡车等等都离不开它的身影。 首先了解什么是PID。PID实指“比例proportional”、“积分integral”、“微分derivative”，如果我们要求被控制的对象最终趋于一个稳定的结果，一般就可以使用PID算法。 假设说，有一辆速度为1m/s的小车，我们要求他的速度改变为5m/s，要完成这样的一件事，我们必须要有： 小车驱动装置（用程序控制它输出多大的电压，电压决定驱动的马力） 被驱动器控制的部分（即小车） 检测当前速度的装置（当前速度与目标速度的差称为误差）。本来，我们可以给小车一个驱动力让小车加速，直到检测到小车速度达到5m/s，撤去驱动力。 然而，这样做会带来几个问题： 1，当小车速度达到5m/s时，从装置检测到这个速度，通知控制器，让控制器改变输出的电压，这一个过程需要耗费一定时间，在这个时间里面，小车速度可能增加了不少。 2，撤去驱动力后，外界条件如摩擦会让小车速度进一步改变。 然而，PID算法可以在一定误差内解决这些问题。 使用PID算法时，大致是这样的。每一个采样周期，通过速度检测装置获得当前速度，传入程序，通过程序计算得到电压控制小车得到新速度。下一个采样周期又把新速度传入，获得新电压，再传入速度，再获得电压，如此反复。 PID算法的关键，是如何根据当前得到的速度值，输出一个“恰当”的电压，以致小车最终能够趋于稳定。 PID算法采用比例，积分，微分(Proportion Integral Differential)三种方法进行控制。三种方法都有自己对应的一个常量(pconst，iconst，dconst)。这三个变量都需要在实验中多次尝试得出。 用数学公式表达PID算法如下图所示： 文件:PID公式.jpg 600px 下面就让我们用Microduino和processing来实现一个，简单PID调整，从而更直观的理解PID。 原理图 文件:Microduino单维度调整原理图.jpg 600px 程序 见 PID_FrontEnd_v03 调试 步骤一：下载Processing2.0 Beta 7 IDE软件：http://processing.org/download/ 步骤二：下载Arduino官方库—PID Library 和 PID Front-End using Processing.org：http://playground.arduino.cc//Code/PIDLibrary 步骤三：下载Processing官方库—ControlP5 ：http://www.sojamo.de/libraries/controlP5/ 步骤四：将Arduino官方库—PID Library解压到你的arduino IDE的libraries里面 如果想知道PID库中的算法如何实现的请参见：http://brettbeauregard.com/blog/2011/04/improving-the-beginners-pid-introduction/ 步骤五：将Processing官方库—ControlP5解压到你的processing安装文件夹里的\modes\java\libraries里面 步骤六：解压Arduino PID_FrontEnd_v03.zip到任何一个地方 步骤七：用Arduino IDE打开PID FrontEnd ArduinoSampleCode.pde，然后点击编译下载到Microduino上 在代码中，注意如下： 文件:SetpointInputOutput.jpg 600px double Setpoint, Input, Output; //setpoint为目标值，也就是经过PID调整要达到的值 //Input为输入值，在系统中就是通过某些传感器检测到的实际值。比如：在自平衡车中input就是传感器获取的角度值。 //Output为输出值，也就是经过PID调整得出的需要调整的值。如果在自平衡车系统中就是给电机输出的PWM的值，使得角度正好改变到0度。 int inputPin=0, outputPin=3; //在本例中，只做简单的PID调整，输入值inputPin是A0，是通过一个电位器得到的，输出值outputPin是pin3，也会体现到processing的波形图中。 步骤八：用Processing打开PID_FrontEnd_v03.pde 文件:Processing选择正确的com口.jpg 600px 要注意 myPort = new Serial(this, Serial.list()[1], 9600); 和下面信息[0] "COM2", [1] "COM7"，总之，写对你的com口就成。 步骤九：硬件搭建，如下图： 文件:Microduino单维度调整连接图.jpg 600px 步骤十：先运行arduino IDE代码，在运行processing，然后会出现如下图： 文件:Processing的PID波形图.jpg 600px 步骤十一：转动电位器，观察input, setPoint, output的波形。 结果 在本例中setpoint=100，当input(电位器)的值为0时，output达到最大值255为了让最快的达到setpoint。 当input达到100，甚至超过100时，output变为最小。 视频 http://v.youku.com/v_show/id_XNzAxMDk4Mjcy.html