数字舵机使用pid算法控制

Question

数字舵机就三根线，用pid算法的话要怎么获取反馈值呢，需要加传感器来获取角度的量吗

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

对于数字舵机与PID控制的问题，确实，标准的数字舵机仅通过三根线（电源、地、信号）进行通信，通常不自带角度反馈。若要实现闭环PID控制，确实需要一个额外的角度传感器来获取实时角度信息作为反馈值。这里可以使用电位器、编码器或是磁力计等传感器。

解决方案概述

1. 添加角度传感器：选择合适的角度传感器，安装在舵机输出轴上或其附近，确保能准确测量舵机的实际转动角度。
2. 设计PID控制器：在单片机中编写PID算法，用于根据目标角度和实际角度的偏差调整输出信号，从而控制舵机转动至指定位置。
3. 硬件连接与软件编程：将传感器和舵机连接到单片机，编写控制程序。

硬件连接示例

• 舵机：电源、地、信号线连接至单片机相应的引脚。
• 角度传感器（如电位器）：电源、地、输出信号线连接至单片机的ADC（模拟数字转换器）输入引脚。

软件编程示例

以下是基于Arduino平台的一个简单PID控制舵机的示例代码：

#include <PID_v1.h>

#define SERVO_PIN 9       // 舵机信号线连接的GPIO口
#define SENSOR_PIN A0     // 角度传感器连接的ADC输入口

const int setPoint = 90; // 目标角度
double input = 0;        // 实际角度
double output = 0;       // PID输出

// PID参数
double Kp = 1.2;
double Ki = 0.1;
double Kd = 0.001;

PID myPID(&input, &output, &setPoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

void setup() {
  pinMode(SERVO_PIN, OUTPUT);
  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(SENSOR_PIN), readSensor, CHANGE);
  myPID.SetMode(AUTOMATIC);
}

void loop() {
  // 更新PID控制器
  myPID.Compute();
  
  // 根据PID输出调整舵机角度
  analogWrite(SERVO_PIN, output);
}

// 中断服务程序，读取传感器值并更新input变量
void readSensor() {
  input = analogRead(SENSOR_PIN);
}

注意事项

• 上述代码中的analogWrite函数可能不适用于所有类型的舵机信号控制，具体需根据所使用的舵机类型调整。
• 传感器的读取方式和PID参数需根据实际情况调整优化，以达到最佳控制效果。
• 使用中断服务程序读取传感器数据可提高实时性，但需注意中断服务程序应尽可能简短，避免影响其他任务的执行。

通过上述步骤，可以实现在单片机上利用PID算法对数字舵机进行精确的角度控制。