智能车的PID控制
智能车的 PID 控制      智能车的转向控制和速度控制是一体的，合理的速度分配以及最优的行驶路线，才能使智能车在最短时间内完成比赛。
从我们开始提速调试的过程中，曲率半径为50cm 的最小弯几乎都会冲出去，究其原因是当初赛道判断出错，入弯时速度调整太迟，当速度调整过来时，车子已经冲出赛道。经过长期的调试发现，如果在入弯前能及时调整速度，智能车在弯道内可以很好的以比较高的速度行驶，同时可以切线以最优路径行驶
以单行黑线点与图像中心的偏差来对转向进行控制。
最终采用了PD 对转向进行控制，P ——某一行的偏差，D ——本次偏差与上一次偏差的差值。提速最快的车
PD 值是我们调好的一组固定值。只是P 的参考行我们采用的是动态设定，根据我们外部按键设定的速度值的不同，也通过外部按键设定不同的参考行，保证智能车的沿线及切弯。
设定速度低时，参考行设定距车子近的方向，如果此时设定的距车子太远的地方，智能车在过弯道时，很容易切弯过度，行驶出赛道。当设定速度高时，参考行设定距车子远的方向，这样可以在高速行驶下，使车子提前转弯
我们采用的是增量式PID 算法。PID 控制器原理图如图3.13所示，
图3.13 PID 控制器原理框图 图3.13中，r(t)是电动机的速度设定值，c(t)是转速的实际测量值，e(t)是控制器的输入偏差信号，u(t)是控制器的输出控制量，则PID 控制算式如下：
公式1
其中Kp是比例系数，Ti是积分时间常数，Td是微分时间常数。把上式离散化处理后得：
公式2
其中Ts为采样周期。由于采用的是增量式PID算法，因此PID调节器只需计算出控制量的增量，所以增量式PID控制算式如下：
公式3
公式4
令A=（Kp+Ki+Kd），B=(Kp+2Kd)，C=Kd，则有：
公式5
我们只需确定上式中的A,B,C三个变量的值，寻一组最为合适的PID参数，在这里推荐经验调试来确定三个变量的值，先把B,C置0，调参数A，然后在A 的基础上依次来确定B和C。此时单片机里面PID控制器算出的是PWM控制信号的占空比。
鉴于最近一直在研究算法，所以颇有些心得体会，整理了一下，觉得比较实用的一些PID的原理，及具体的调节方案，供大家参考学习，调节这个参量的值，需要耐心和经验，但是更多的是我们得静下心来调整，希望大家加油，马上我们就要交锋了。如有疏忽之处请大家见谅。
模拟PID调节器
模拟PID调节器的微分方程和传输函数
PID调节器是一种线性调节器，它将给定值r(t)与实际输出值c(t)的偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制。
PID调节器各校正环节的作用
1、比例环节：即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用以减小偏差。
2、积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反之则越强。
3、微分环节：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。
常用的控制方式
1、P控制
2、PI控制
3、PD控制
4、PID控制
PID算法的两种类型
1、位置型控制――
2、增量型控制
微分先行和输入滤波
1、
微分先行
微分先行是把对偏差的微分改为对被控量的微分，这样，在给定值变化时，不会
产生输出的大幅度变化。而且由于被控量一般不会突变，即使给定值已发生改变，
被控量也是缓慢变化的，从而不致引起微分项的突变。微分项的输出增量为
2、
输入滤波
输入滤波就是在计算微分项时，不是直接应用当前时刻的误差e(n)，而是采用滤
波值e(n)，即用过去和当前四个采样时刻的误差的平均值，再通过加权求和形式
近似构成微分
积分项的改进
一、抗积分饱和
积分作用虽能消除控制系统的静差，但它也有一个副作用，即会引起积分饱和。在偏差始终存在的情况下，造成积分过量。当偏差方向改变后，需经过一段时间后，输出u(n)才脱离饱和区。这样就造成调节滞后，使系统出现明显的超调，恶化调节品质。这种由积分项引起的过积分作用称为积分饱和现象。
克服积分饱和的方法：
1、积分限幅法
积分限幅法的基本思想是当积分项输出达到输出限幅值时，即停止积分项的计算，这时积分项的输出取上一时刻的积分值。其算法流程如图5-2-4所示。
2、积分分离法
积分分离法的基本思想是在偏差大时不进行积分，仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值ε时才进行积分累积。这样既防止了偏差大时有过大的控制量，也避免了过积分现象。
3、变速积分法
变速积分法的基本思想是在偏差较大时积分慢一些，而在偏差较小时积分快一些，以尽快消除静差。
二、消除积分不灵敏区
1、积分不灵敏区产生的原因
当计算机的运行字长较短，采样周期T也短，而积分时间TI又较长时，
)容易出现小于字长的精度而丢数，此积分作用消失，这就称为积分不灵敏区。
2消除积分不灵敏区的措施：
1）增加A/D转换位数，加长运算字长，这样可以提高运算精度。
2）当积分项小于输出精度ε的情况时，把它们一次次累加起来，
采样周期的选择
一、选择采样周期的重要性
采样周期越小，数字模拟越精确，控制效果越接近连续控制。对大多数算法，缩短采样周期可使控制回
路性能改善，但采样周期缩短时，频繁的采样必然会占用较多的计算工作时间，同时也会增加计算机的计算负担，而对有些变化缓慢的受控对象无需很高的采样频率即可满意地进行跟踪，过多的采样反而没有多少实际意义。
二、选择采样周期的原则――采样定理
最大采样周期根据耐奎斯特采样定理可知。
三、选择采样周期应综合考虑的因素
1、给定值的变化频率
加到被控对象上的给定值变化频率越高，采样频率应越高，以使给定值的改变通过采样迅速得到反映，而不致在随动控制中产生大的时延。
2、被控对象的特性
1）
考虑对象变化的缓急，若对象是慢速的热工或化工对象时，T一般取得较大。在对象变化较快的场合，T应取得较小。
2）
考虑干扰的情况，从系统抗干扰的性能要求来看，要求采样周期短，使扰动能迅速得到校正。
3、使用的算式和执行机构的类型

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