电子设计竞赛控制算法

1、 飞思卡尔智能车 飞思卡尔电磁组智能车飞思卡尔电磁组智能车 磁悬浮 四旋翼飞行器 目录 传感器的选择 数据的采集与处理 控制算法 传感器选择 注意：得到的结果最好为线性，有利于PID调节 一、测量的对象与环境 测温：温敏电阻或热电偶 距离：红外或超声波 二、稳定性 : 温漂、零漂小 三、成本合适 四、常用的传感器选择： 角度：陀螺仪+加速度计 磁场：电感，霍尔元件 数据的采集与处理 采集 : A/D转换 考虑的因素：精度（8位，12位，16位） 采样时间（例如：1us） 数据处理：滤波算法 软件滤波：均值滤波、极值滤波、数字滤波、卡尔曼滤波。 评判标准 :兼顾波形的收敛性与跟随性，平滑波形但不

2、能使波形 滞后时间过长。 常用滤波算法先检查原始数据 限幅滤波 : if(value 2 * MAX) value = 2 * MAX; 算数平均值滤波 极值滤波 推荐： 滑动平均滤波法 一阶惯性滤波： y = 0.9 * y_raw+ 0.1 * y_last; 卡尔曼滤波 数字数字PID控制算法控制算法 u(k) 工业计算机工业计算机 - - r e(k) y(k) PID算法算法 对象对象 数据通道数据通道 D/A A/D u(t) y(t) 反馈环节反馈环节 控制系统的品质 0 | | t IAEe dt 稳、准、快 启动快，但超调大 且有较长时间振荡 低速爬行，但无超 调和振荡 快速

3、且超调不大， 但稳态误差太大 快速且超调不大， 无稳态误差 定量指标： 1.稳态误差(准确性) 2.综合指标: 绝对误差积分 PID控制原理控制原理 -PID控制器控制器 0 ( )( )( ) t pid de u tK e tKe t dtK dt + r u e y i Kedt i de K dt + + + e(t)=r(t)-y(t) - Kpe d 比例控制的作用 0 ( )( )( ) t pid de u tK e tKe t dtK dt l作用：对当前时刻的偏差信号对当前时刻的偏差信号e(t)进行放大或衰减，控进行放大或衰减，控 制作用的强弱取决于比例系数；制作用的强弱取

4、决于比例系数； l特点：Kp越大系统动态特性越好，但越大系统动态特性越好，但Kp过过大大y(t)可能会可能会 引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例引起系统振荡使稳定性变差，也有可能出现比例 饱和现象。饱和现象。 l缺点：不能消除静态误差。不能消除静态误差。 积分控制的作用 0 ( )( )( ) t pid de u tK e tKe t dtK dt l作用：通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系通过对误差累积的作用影响控制量，并通过系 统的负反馈作用减小偏差；统的负反馈作用减小偏差； l特点：特点：与与e(t)存在全部时段有关，只要有足够的时间存在全部时段有关，只要有足够的时间,

5、积分控制将能够积分控制将能够消除稳态误差。消除稳态误差。 l缺点：缺点：不能不能及时及时地克服扰动的影响地克服扰动的影响。 l特点：特点：反应反应e(t) 变化的速度，在偏差刚刚出现时产生变化的速度，在偏差刚刚出现时产生 很大的控制作用，很大的控制作用，具有超前控制作用具有超前控制作用； l作用：作用：有助于减小有助于减小 超调和调整时间，超调和调整时间，改善系统的动态改善系统的动态 品质品质; l缺点：缺点：不能消除系统的不能消除系统的稳态误差稳态误差。 微分控制的作用 0 ( )( )( ) t pid de u tK e tKe t dtK dt 数字PID控制 位置型 dt tde KdtteKteKtu dip )( )()()( ) 1()()( keketde kTtTdt ss s k n s t T keke dt tde Tnedtte )1()()( )()( 0 0 s d k n sip T keke KTneKkeKku ) 1()( )()()( 0 典型代表：舵机 数字PID控制增量型 s d k n sip T keke KTneKkeKku )1()( )()()( 0 s d k n sip T keke KTneKkeKku )2()1( )()1()1( 1 0 )() 1