智能车的运动控制系统介绍

运动控制系统是通过控制电机电压、电流、频率等输入量，来满足工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按照人们期望的要求运行，以满足生产及应用的需要。

运动控制系统由电机、功率变换装置、控制器及相应的传感器构成，其框图及涉及学科领域如下图：

对照运动控制系统的结构框图，可以推断出智能车中的运动控制系统如下：

被控对象

电机是门深奥的学问号称自动化专业的天书之最（笔者当初被电机学折磨的有阴影，故有关电机不做分析）。

（此处所提到的电动机都是车模上指定的普通直流电机，不包括十七届中的无刷电机）智能车中的电机都是用于调速系统的拖动电机，而舵机则是用于伺服系统的伺服电动机的一种。

执行机构

功率放大与变换装置在智能车系统之中指的是电机驱动，能够根据主控输出的信号，动态的调节被控对象（直流电机）的驱动电压来控制电机的转速从而达到控制车身速度的作用。

控制器

智能车运动控制的控制器一般采用数字PI控制（关于PI控制器后面会出一篇PID的文章描述），大家姑且先把PI控制器当做一个公式，只用输入误差，输出的就是根据内部算法计算后的结果。这里借用龙邱科技的 代码片。

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typedef struct
{
  float                kp;         //P
  float                ki;         //I
  float                kd;         //D
  float                imax;       //积分限幅
  
  float                out_p;  //KP输出
  float                out_i;  //KI输出
  float                out_d;  //KD输出
  float                out;    //pid输出
  
  float                integrator; //< 积分值
  float                last_error; //< 上次误差
  float                last_derivative;//< 上次误差与上上次误差之差
  unsigned long        last_t;     //< 上次时间
}pid_param_t;


pid_param_t Speed_PID;


Speed_PID.kp = 130;
Speed_PID.ki = 2.5;
Speed_PID.kd = 0.25;
/*************************************************************************
*  函数名称：void Motor_Control(void)
*  功能说明：电机控制
*  参数说明：
*  函数返回：
*  修改时间：
*  备    注：这类设计PID运算的函数一定要放在定时器中断内保持控制周期稳定
*************************************************************************/
void Motor_Control(void)
{
  MotorDuty1 = (int)PidIncCtrl(&Speed_PID, Target_Speed -       ECPULSE1);
    if(MotorDuty1 > 8000)MotorDuty1 = 8000;else if(MotorDuty1 < -8000)MotorDuty1 = -8000;
    if(Speed_PID.out > 8000)Speed_PID.out = 8000;else if(Speed_PID.out < -8000)Speed_PID.out = -8000;
    Motor1Ctrl(MotorDuty1);
    // 电机闭环控制
}




/*************************************************************************
*  函数名称：float constrain_float(float amt, float low, float high)
*  功能说明：pid增量式控制器输出
*  参数说明：
* @param    pid     pid参数
* @param    error   pid输入误差
*  函数返回：PID输出结果   注意输出结果已经包涵了上次结果
*  修改时间：2020年4月1日
*  备    注：
*************************************************************************/
float PidIncCtrl(pid_param_t * pid, float error)
{
  
  pid- >out_p = pid- >kp * (error - pid- >last_error);
  pid- >out_i = pid- >ki * error;
  pid- >out_d = pid- >kd * ((error - pid- >last_error) - pid- >last_derivative);
  
  pid- >last_derivative = error - pid- >last_error;
  pid- >last_error = error;
  
  pid- >out += pid- >out_p + pid- >out_i + pid- >out_d;
  
  return pid- >out;
}