智能车PID

说明：在积分 I 控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error ）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增

加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例 + 积分（ PI ）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

说明：在微分控制 D 中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay ）组件， 具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例 P ”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势。这样， 具有“比例 + 微分”的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对 象，“比例 P+ 积分 I+ 微分 D （ PID ）”控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

3 PID算法的实现

由于位置式PID算法的计算量很大，大多数都是采取增量式PID算法。

3.1 理论依据

 增量式

typedef struct PID{
  int SetPoint;//设定目标
  int Proportion;//比例常数
  int Integral;//积分常数
  int Derivative;//积分常数
  int LastError;//Error[-1]
  int PreError;//Error[-2]
  int SumError;
}PID;

int PIDCal( PID *pp,int ThisError){

int pError, iError, dError;
long templ;
pError = ThisError−pp−>LastError ;
iError = ThisError ;
dError = ThisError −2*(pp−>LastError)+pp−>PreError ;

//增量计算
templ = pp->Proportion*pError + pp−>Integral*iError+pp−>Derivative*dError; // 增量

//存储误差用于下次计算
pp->PreError = pp->LastError;
pp->LastError = ThisError;
return templ;

}

PIDCal 是 PID 计算函数，它有两个形式参数， PID 指针 pp 和当前误差ThisError（当前值与设定值的差）。仔细阅读代码我们知道，这个 PID 计算函数的功能主要有两个：

我们先说说为什么我们要反馈车子速度，要知道车子当前的速度？因为我们的 CPU 利用传感器采集道路信息，通过 CPU 收集和处理变化，系统就能知道车子当前的状态，比如是在直道上？还是在进入弯道？还是在弯道内？还是正在出弯道？还是在上坡？还是穿过了起跑线？有了这些信息，我们首先就是对舵机的控制，控制车子根据什么道路情况来进行转弯，转弯的方向，大小，都是

靠这些数据来实现，当然当前的速度值也是控制舵机转向大小的一个附加因素， 这样更加的有利于我们及时处理不同弯道。知道了这些信息，就跟我们开车一样，我们要转弯了，得感知我们车的速度，怎么感知啊，就靠汽车自带的速度表，这样我们就可以通过控制刹车或者油门还有方向盘来控制车子平稳的转过弯道，不同的弯道，不同的速度，转弯的控制和刹车的控制都是不同的。如果

我们不知道当前的速度，那么很可能因为拐弯速度过快，导致翻车，或者侧滑， 造成危险。智能车情况跟真车是一样的，我们必须知道车子当前速度，比如我 们智能车拐弯安全速度是 3M/S，所谓安全速度就是车子顺利安全且没有较大侧滑过弯时的速度，在进入弯道前我们车子的速度是 4M/S ，当传感器感知要进入弯道了，通过跟安全速度对比，我们发现智能车的速度远大于安全弯道速度，这个时候我们就要刹车，把车子速度快速降低到 3M/S ，这样保证我们顺利快速的过弯。在这里您可能问 3M/S 的安全速度怎么来？其实很简单这个速度是靠实验来的，不用什么计算，完全属于经验值，根据跑道的材料、车子机械性能和弯道的角度来决定，所以为什么我们要比赛的时候要试车，试车中一个最重要的环节就是熟悉比赛跑道所用的材料，用于我们实验车子的安全速度等。

首先建议在车速比较慢的时候，采用 PID 算法来控制电机，为什么开始要建议您采用 PID 呢？主要是为了可以更加深刻理解 PID 算法的精髓和调试步骤方法等，有助于以后对控制算法更加深入的研究和书写。调试 PID 三个参数的方法，很多地方都提供了，我在这里简单的说下：首先将 ID 参数都变为 0 ， 先调整 P 比例参数，调整到速度基本上跟您给定的速度差不多，也就是说基本稳定在给定的脉冲数，当然这个时候会非常的震荡，不要担心，接下来调整I，调整 I 的结果就是震荡会消除很多，但是车速会变化缓慢，也就是说会有一些延迟，然后再调整 D ，调整 D 的结果就是增强调节的灵活性和预见性，在给定速度变化的过程中，能够以一个平稳过渡来变换，而且速度可以长时间稳定在给定速度附近，然后 PID 三个参数的基本范围就确定了，然后再根据实际的跑车来微调这些参数，当然在调试 PID 之前，请仔细阅读 PID 理论知识，这样有助于您的调试和理解，当把 PID 调整好以后，就基本上领会了 PID的精髓，对于以后的调试作用非常大。这里的给定速度，就相当于上面对温度例子中说的设定温度。意思是一样一样的。