智能车串级pid调参

Question

蒟蒻need help
调智能车pid的时候遇到的问题，串级pid的外环值不会被约束在期望值0左右波动，而是在+175或-175附近波动。
形象地说就是车只会边摇晃着边向前进或向后退，而不是前后摇晃定在原地。
请问一下这是什么原因，具体的解决措施是什么

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在调试智能车的串级PID控制器时，如果外环输出值在+175或-175附近大幅度波动而不是稳定在期望值（例如0）附近，这通常意味着存在以下几个问题：

1. 外环设定点（目标值）设置不正确：首先检查你的外环设定点是否已经设置为期望车辆保持的位置。确保在进行PID控制时，给定的目标位置是准确无误的。

2. 外环PID参数不合适：外环PID控制器负责调节智能车的整体方向和速度以达到目标位置。当P、I、D参数设置不当时，可能会导致系统不稳定或者饱和。例如，P（比例项）过大可能导致输出震荡；I（积分项）过大可能导致积分饱和进而造成大范围波动；D（微分项）过大则可能加剧系统的灵敏度，导致过度反应。

   • 解决方案：调整外环PID参数。通常需要逐步调整，并通过观察系统的响应来优化。可以先从较大的P值开始，逐渐减小直到系统响应快速但不过于激进；然后适当地增加I值以消除稳态误差，同时要注意防止积分饱和；最后根据实际情况加入适量的D以改善动态性能并减少超调。

3. 内环PID与外环PID配合不佳：串级PID中，内环主要负责更精细的控制，比如舵机的角度控制，而外环负责整体定位。如果内外环之间的耦合不协调，也可能导致外环输出大幅波动。

   • 解决方案：确保内环PID参数也已优化，并且其输出能够很好地适应外环的需求。内环应快速响应以消除扰动对系统的影响，从而让外环能更好地稳定在目标位置附近。

由于无法直接提供代码示例，我将给出一个基本的串级PID算法框架概念，你可将其应用到单片机编程环境里：

// 假设外环PID类
class OuterPID {
public:
    void setTarget(float targetPos);
    float update(float currentPos, float dt);
private:
    float kp_out, ki_out, kd_out;
    float errorIntegral, lastError;
};

// 假设内环PID类
class InnerPID {
public:
    void setTarget(float targetAngle);
    float update(float currentAngle, float dt);
private:
    float kp_in, ki_in, kd_in;
    float errorIntegral, lastError;
};

// 更新过程伪代码
void loop() {
    // 获取当前实际位置和角度信息
    float currentPos = getCurrentPosition();
    float currentAngle = getCurrentAngle();

    // 更新内环PID
    innerPID.setTarget(getDesiredAngle(currentPos));
    float desiredServoAngle = innerPID.update(currentAngle, deltaTime);

    // 更新外环PID
    outerPID.setTarget(desiredPosition);
    float motorSpeed = outerPID.update(currentPos, deltaTime);

    // 将控制量应用于执行器（如电机、舵机）
    controlMotors(motorSpeed);
    controlServo(desiredServoAngle);
}

// 调整PID参数的过程需结合实验和分析，确保系统稳定

在实际操作中，请确保：

• 对内外环PID分别独立地进行参数整定；
• 检查传感器数据的有效性和准确性；
• 确保执行器（电机、舵机等）的响应范围没有超出限制，否则也会导致输出饱和。

针对您的情况，首先尝试降低外环的比例系数P和积分系数I，看是否能缓解振荡现象，再进一步细致调整内外环PID参数。若有必要，还可以考虑引入抗饱和措施以及限幅功能来保证输出在合理范围内。