两轴云台及击发控制的设计与实现0001

1、RoboMasters 机器人大赛两轴云台及击发控制的设计与实现目录.4.4. 项目概述 1. 比赛简介2. 课题简介 4. 项目目标 5.1. 基本功能与性能 5.2. 扩展功能与性能 5. 系统设计方案 5.3. 方案比较 7.1.3四 . 各模块工作原理（详细设计部分）1. 串口通信协议设计 1.3.2. 弹药击发结构及驱动设计 1.43. 两轴云台运动控制 1.4.五 . 系统测试及调试 1.7.1. 以云台控制视觉识别为例介绍测试流程 1. 72. 其他的问题以及解决方案 1.8六 . 项目实施总结及心得体会 2.0七 . 致谢 2.1.八. 参考文献 2.1.九 . 附录 2.2.

2、1. 电路图 2.2.2. 源工程详见附件 2.3. 项目概述1. 比赛简介RoboMasters 是一项全新的机器人超级对抗赛。 参赛队伍通过自行设计制造 多种机器人进行射击对抗， 完成指定任务， 由比赛裁判系统判定比赛胜负。 参赛 机器人包括可以发射“弹丸”的手动机器人以及能够完成一定任务的自动机器人。 参赛队员需要遥控手动机器人在复杂的场地中移动并发射 “弹丸” ，攻击对方机 器人和基地以取得胜利。自动机器人将在比赛中自动完成指定任务。每场比赛双方最多可各有 6 台机器人上场参与对抗，每队的编制是 2 台机 器步兵、 2 台机器射手、 1 台机器炮手和 1 台机器哨兵。 2 台机器步兵由

3、比赛 组委会提供，其余机器人均由参赛队员自行设计制作完成。比赛采用红、蓝双方对抗的形式，每场比赛采用多局制，每局限时 5 分钟。2. 课题简介图：战车主要模块分布图本项目基于 STM32F405 开发平台，主要利用位置式双闭环 PID 控制算法， 实现对两轴云台的运动以及发弹的控制。云台控制板通过串口分别与主控板及工控机进行通信， 从底盘主控板或工控 机获取两轴云台运动指令及发射子弹指令，再经由电流环、位置环双闭环 PID 控制算法，精确控制云台运动模式， 并尽可能快、 尽可能稳地使两轴云台达到目 标位置；同时通过输出不同占空比 PWM 波，驱动并控制双摩擦轮转速，达到发 射子弹的要求。二 .

4、 项目目标1. 基本功能与性能（1）通信部分： 云台控制部分能够通过串口与底盘主控和工控机正常通信， 正 常接收与传送数据或指令。（2）云台运动： 两轴云台可以按照指定指令，快速到达规定角度位置，并稳定 下来。（3）子弹发射： 可以正常驱动双摩擦轮，并以固定速度发射子弹。2. 扩展功能与性能（1）串口通信在正常通信的情况下， 要在满足系统对通信速率的要求下， 设计 相应具有查错或纠错能力的通信协议，使误码率尽可能低，提高通信的稳定性。（2）两轴云台在满足系统对稳定性的要求下， 改进系统参数， 要求尽可能提高 对系统指令的响应速度。（3）在实现以单一速度驱动双摩擦轮的基础上， 实现根据底盘指令，

5、 变速控制 双摩擦轮，多级调速，满足不同对战环境下的发射子弹速度要求。三 . 系统设计方案1. 系统框图图：系统框图 由图，云台控制部分处于整个通信系统的中心： 一方面， 云台控制中心需要 通过串口与底盘主控进行通信， 接收来自操作手通过遥控器转发过来的关于云台 的相关指令； 另一方面，云台控制中心需要通过串口与火控部分工控机进行直接 通信，接收在自动瞄准过程中的云台自动调整功能， 这一部分的设计由于环境等 因素在区域赛中没有起到作用。特别地，在炮手系统设计中， 云台控制中心还要负责转发工控机关于底盘自 适应性运动的相关指令，控制底盘运动，如下图：图：炮手通信2. 子系统框图子系统主要涉及到摩

6、擦轮驱动部分以及两轴云台驱动部分。具体框图如下：PWM 波摩擦轮电机HG900 电调图：摩擦轮驱动系统框图由图，云台控制版输出 PWM 波，需经由 HG900 电调模块驱动电机转动电调相关工作模式配置在模块详细设计部分再详细说明。图：两轴云台驱动系统框图由图，云台控制板通过 CAN 通信协议与 RM6025 驱动板进行通信，控制信 息以一个 CAN 消息帧的形式传输。其中，由云台控制板到 RM6025 驱动板的 CAN 帧内容为三轴驱动电流大小，但此处实际只用到了两轴电流大小的数据。由 RM6025 驱动板到云台控制板的 CAN 帧内容包括三轴实时驱动电流大小以及三 轴当前绝对角度值， 同理，

7、 这里我们只会用到其中两轴的相关数据。 两轴云台的 具体控制算法为位置式双闭环 PID 控制算法，其具体设计在模块详细设计部分 再详细说明。3. 方案比较控制算法比较与选择云台的三闭环控制：位置环和速度环是在云台主控里实现的， HG900 驱动板中已经集成了电流 环的控制，如下图：图：云台 PID 控制1）位置式 PID 控制算法输入信号r(n)输出信号y(n)积分受控对象微分图：数字 PID 控制算法流程PID 调节器是一种线性调节器， 控制偏差定义为 e(n) = r(n) y(n)，并对该控 制偏差作比例， 积分，微分等运算， 并将其各步运算结果作线性运算作为控制量 输出，用于控制受控对

8、象。 其中 PID 算法根据实现方式分为模拟式与数字式 PID 算法。对于本系统，采用数字式 PID 控制算法。其输出变量的离散表达式为：T kTu n kp e nTe(j ) TD (e(n) e(n 1)TI j 0T上式可以进一步简化为：ku nkpe(n) ki e(j ) kd(e( n) e(n 1)j0其中， kp, ki , kd分别称为比例常数，积分常数与微分常数， T,TI , TD分别为 系统采样时间，积分区间时间，微分区间时间。实际利用位置式 PID 控制受控 系统时，常采用经验值法或试凑法来分别调整 kp,ki , kd的大小，调整或改善系 统控制性能。PID 运算

9、结果 u(n)直接控制执行机构，在本系统中，该值对应着驱动两轴云 台无刷电机的电流值大小， 其缺点在于当前采样时刻的输出与过去的各个状态有 关，计算时要对各个时刻的 e(n)进行累加，运算量大，且由于控制器的输出 u(n) 对应的是直接驱动无刷电机的电流大小，因而若计算出现异常， u(n)的大幅度变 化会引起云台运动的极其不稳定。 其优点在于适用性广， 易于实现且对于位置式 控制方式的系统，系统适用性总体较强 ,控制效果较好。(2)增量式 PID 控制算法相对于位置式 PID，增量式 PID 控制器的输出只是控制量的增量 u(n) ，其 对于位置式 PID 算法的转化计算式为 u(n) = u

10、(n-1)+ u(n) 。其输出变量离散表达式如下：u n un u n 1进一步展开得到：un kp en en 1 kien kd en 2en 1 en 2 式中，kp,ki , kd分别称为比例常数，积分常数与微分常数， e(n) = r(n) y(n),为 目标与输出量之差，称为控制偏差。增量式 PID 算法的优点在于， 算式中不需要累加， 输出 u(n) 的值仅仅与最 近三次的采样值有关， 容易通过加权处理获得较好的控制效果。 另外，控制器每 次只输出控制增量，即对应执行机构的位置的变化量， 故而当机器偶然性故障时， 影响范围相对于位置式 PID 较小，不会严重影响系统的整体性能。

11、再者，增量 式 PID 控制可以做到手动至自动切换冲击效应小，当控制器从手动向自动切换 时，可以做到无扰动切换。(3)棒棒控制算法设定门限门限， 在误差比较大的时候采用大输出控制电机， 将误差在最短时 间内减小到所要求的范围， 这就是棒棒控制的思想。 棒棒控制又称时间最优控制。 设非线性时变系统的状态方程由下列微分方程描述：?X(n)f X(n), u(n), n初始条件为：X(n0)X0目标集条件为：S(n)S(n) | X(n) S(n)性能指标为：J(n)n11 n1 n0 n n0控制 u(n)是受限的，即：| u(n) | M现在的问题是要求最优控制函数 u(n) ，使系统从 X0最

12、快转移到终止状态XJ ，受限控制 uj(n)的最优解为：M,qj（n） 0u（n）M,qj（n） 00,qj（n） 0棒棒控制的优点在于其在随动系统调转控制过程中能很好满足系统快速性 的要求，达到阶跃过程最小化， 并且结合其它控制方法能提高系统自适应能力和 控制精度，有很好的推广价值。其缺点在于，阈值选取不当，可能会出现超调或 严重回摆的现象，常常需要与其他控制算法配合使用。三种算法主要优缺点比较如下图：控制算法性能比较位置式 PID增量式 PID棒棒控制优点适用性广，易于实 现运算量小，误差影响小系统响应快缺点运算量大响应不快阈值不当影响大适合配合使用图：PID 算法比较综上所述， 考虑到云

13、台无刷电机是有绝对电流值大小来驱动， 且其感官可控制量为其轴固定下来时的绝对角度，故而不可采用增量式 PID 控制算法，位置 式 PID 算法相较于棒棒控制算法，尽管实现起来复杂程度较高，但总体性能上， 可以做到响应速度与精度更高。再考虑到 PID 算法已有资源更为丰富，在参考 他人的调参数经验上，采用位置式 PID 控制算法，将会更快取得较为理想的控 制效果。故而，综合考虑，我们决定采用位置式 PID 控制算法。PID 算法改进方式选择（1）基于生物遗传算法改进的模糊 PID 算法 遗传算法是计算数学中用于解决最佳化的， 是进化算法的一种。 进化算法最 初是借鉴了进化生物学中的一些现象而发展

14、起来的，这些现象包括遗传、突变、 自然选择以及杂交等。 遗传算法通常实现方式为一种模拟。 对于一个最优化问题， 一定数量的候选解（称为个体）的抽象表示（称为染色体）的种群向更好的解进 化。传统上，解用表示（即 0和 1的串），但也可以用其他表示方法。进化从完 全随机个体的种群开始， 之后一代一代发生。 在每一代中， 整个种群的适应度被 评价，从当前种群中随机地选择多个个体（基于它们的适应度），通过自然选择 和突变产生新的生命种群，该种群在算法的下一次迭代中成为当前种群。遗传算法的基本运算过程如下 :a) 初始化 :设置进化代数计数器 t=0，设置最大进化代数 T，随机生成 M 个个体 作为初始

15、群体 P(0)。b) 个体评价 :计算群体 P(t)中各个个体的。c) :将选择算子作用于群体。 选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通 过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代。 选择操作是建立在群体中个体的评估 基础上的。d) 交叉运算 :将交叉算子作用于群体。遗传算法中起核心作用的就是交叉算子。e) :将变异算子作用于群体。即是对群体中的个体串的某些上的基因值作变动。 群体 P(t)经过选择、交叉、之后得到下一代群体 P(t+1)。f) 终止条件判断 :若 t=T,则以进化过程中所得到的具有最大个体作为输出， 终止 计算。基于生物遗传算法改进的模糊 PID 算法，其优点在于总可以求得局

16、部最优 解，实时根据系统环境改变 PID 参数，从而改进系统的稳定性与响应速度。但 其缺点在于， 每次搜索最优解需要反复计算每个个体的适应度， 计算量太大， 可 能给系统带来较大的延时。 且适应度函数的确定直接关系着最优解的选取， 为了 达到好的参数选择效果，必须确定一个合适的适应度函数。(2) 基于分段的模糊 PID 算法传统 PID 是用事先调好的一套 PID 参数施用在系统的整个控制过程中且保 持不变。基于分段的模糊 PID 算法，在两轴云台的参数设计中，是根据当前两 轴位置与目标位置的误差大小来分别确定一套适应性的 PID 参数，并基于该分 段思想，将整个控制过程根据控制误差大小划分为

17、多个区域， 用多套参数随控制 误差变化而变化，从而适应整个调节过程。基于分段思想的模糊 PID 算法，其优点在于思路简单，实现过程没有复杂 的计算过程， 能够很好适应系统对时延的要求。 对于测试环境并不过于复杂的情 况，可以很好提高系统的适应性与稳定性。 缺点在于如果系统测试环境较为复杂， 必须将测试环境分为许多参数区间，增大参数的调试任务。(3) 基于权重分配改进的模糊 PID 算法所谓基于权重分配改进的模糊 PID 算法，是在分段模糊 PID 算法的基础上， 根据当前的控制误差与已有的各分段边界的距离，对距离做归一化和计算权重， 距离越远， 该段参数的值对最终值的形成影响便越弱。 在权重的

18、基础上， 对各区 间参数值作加权平均得到最终用于控制系统的 PID 参数。该算法思想取自数字图像处理图像平滑算法思想。 其优点在于， 可以在很快 的响应时间内，得到实时变化的 PID 参数，从而增强系统的鲁棒性。其缺点在 于，最终得到的 PID 参数适应性好坏很大程度取决于最初的基本分段参数的好 坏，如果分段比较粗糙，通过加权平均得来的参数效果便会大打折扣。（ 4）经微分现行，阈值控制等数学方式改进的 PID 算法1）不完全微分 PID 算法。在中，微分信号的引入可改善系统的动态特性，但 也易引起高频干扰， 在误差扰动突变时尤其显出微分项的不是。 若在控制算法中 加人低通，则可使系统性能得到改

19、善。2）积分饱和及抑制。在实际过程中，控制变量乙因受到执行元件机械和物理 性能的约束而控制在有限范围内，即 umin u（k）umax。如果由计算机给出的 控制量形在上述范围内，那么控制可以按预期的结果进行。一旦超出上述范围， 那么实际执行的控制量就不再是计算值，由此将引起不期望的效应。 遇限削弱积分法。 一旦控制变量进入饱和区， 将只执行削弱积分项的运 算而停止进行增大积分项的运算。具体地说，在计算 u（ k）时，将判断上一时 刻的控制量 u（k）是否已超出限制范围。如果已超出，那么将根据偏差的符号， 判断系统输出是否在超调区域， 由此决定是否将相应偏差计人积分项。 在三闭环 控制程序的速度

20、环中就应用了这个方法。 积分分离法。 减小积分饱和的关键在于不能使积分项累积过大。 上面的 修正方法是一开始就积分， 但进人限制范围后即停止累积。 这里介绍的积分分离 法正好与其相反， 它在开始时不进行积分， 直到偏差达到一定的阈值后才进行积 分累计。这样，一方面防止了一开始有过大的控制量； 另一方面即使进入饱和后， 因积分累积小，也能较快退出，减少了超调。综合考虑，基于遗传算法的模糊 PID 算法计算量过大，会给系统带来较大 的延时，不能满足系统对实时性的要求，故而不可用。另外，两轴云台系统的工 作环境并不会有太大的波动，根据比赛场景预测，单次转动角度值应在30°以下，因而可采用分

21、段模式下的模糊 PID 算法。由于控制变量误差范围较小，分 段已经可以满足系统适应性要求，若采用加权平均求取实时性 PID 参数，会加 大系统的计算任务， 过分提高系统的参数的灵敏度， 反而容易降低系统的抗干扰 性能。最后，微分先行，阈值控制方式实现简单，可以有效抑制系统的超调，且 调高系统的稳定性，故也可采用。综上所述，本方案选择分段与微分现行、阈值控制等方式结合改进的 PID 算法作为系统最终的控制算法。四 . 各模块工作原理（详细设计部分）1. 串口通信协议设计由系统框图可知，云台控制系统的串口通信协议设计涉及到与工控机的串口 通信和与底盘主控的串口通信。yaw轴 角度 （3124 位）

22、yaw轴 角度 （2316 位）yaw轴 角度 （158 位）yaw轴 角度 （70 位）pitch 轴角度 （3124 位）pitch 轴角度 （2316 位）pitch 轴角度 （158 位）pitch 轴角 度 （70 位）校 验 字 节图：工控机到云台的消息帧结构图其中，与工控机串口通信部分， 云台控制部分需要接收来自工控机关于两轴 云台的下一个目的位置，采用 float 型数据存储一个目的位置，即四个字节。两 轴云台即一共八个有效数据字节。 最后为了防止传输过程中出现数据位置错乱及 数据错误丢失等问题， 在八个有效字节后， 追加一个字节作为校验位， 期值大小 为前八个有效数据字节的异

23、或运算结果。其消息帧结构图如图。云台控制中心到工控机只需要发送一个字节， 0xAA 表示需要火控部分切换 目标，其他值表示无需切换目标。另外，云台控制部分与底盘主控通信部分， 云台控制台需要从底盘主控接收 指令，指令内容包括两轴目标角度（遥控部分，有符号短整型数据），摩擦轮控 制指令，是否开启火控，再加上起始字节，校验字节，一个消息帧包括5 个字节内容。起始字节yaw轴角度pitch 轴角度控制指令字节校验字节图：底盘主控到云台的消息帧结构需要补充的是，上述消息帧结构建立在云台两轴电机都是用 RM6025 电机的 情况下。最后部分射手采用了 pitch 轴电机使用舵机， yaw 轴电机使用 R

24、M6025 电机的设计，这种设计下， 工控机与云台通信的消息帧结构不变， 但底盘主控到 云台控制的消息帧结构则有略微区别，即少了 pitch 轴角度字节且由云台控制板 需要向底盘主控转发来自火控部分 pitch 轴的目标位置。而造成这一区别的原因在于，舵机直接由底盘主控板 PWM 驱动控制2. 弹药击发结构及驱动设计图：发射机构图 为发射部分机械结构外观图，器件介绍如下： 发射机构实际上是一个两轴的云台结构， 两个轴 yaw 轴和 pitch 轴都是 采用 pmsm控制方式，由电机直接驱动； BLDC电机及电调，选用的是多旋翼动力电机，这种电机能高速运转， 适合用来推挤子弹； 拨送子弹进入弹道

25、的电机选用普通的直流有刷减速电机，控制比较简 单； 单轴陀螺，做了滤波处理， 有限时间内漂移不大云台发射装置由双摩擦 轮挤压子弹弹射装置完成 击发部分驱动设计主要任务在于摩擦轮电机的工作状态配置。根据摩擦轮使用手册， 首先向电机驱动接口输入占空比为 1的 PWM波，再重 新上电，向电机驱动接口输入占空比为 50%的 PWM波，听到电调滴答声提示，判 断是否进入正常工作状态， 再最后根据转速需要输入不同占空比的 PWM波，使摩 擦轮电机以不同速度飞速转动。3. 两轴云台运动控制本系统云台控制部分采用改进的 PID 算法，常规 PID 参数的调节经验如下： 其中k p, ki , kd分别称为比例

26、常数，积分常数与微分常数， T,TI , TD分别为系统采 样时间，积分区间时间，微分区间时间，流程见图。1）比例项系数 k p大,系统响应快,调节精度高;但k p过大时,易造成系统超调 ,甚至 不稳定。因此在大误差时采用大 KP 值以提高系统响应速度 ;当系统接近稳态区 域时 , 要减小 KP 值以防止超调 ,稳态时 KP 值应适中。2）积分项系数 ki ,积分的作用主要是消除稳态误差 ,以提高系统调节精度。 ki 值 大 ,误差消除能力强 ,但在起动过程中易出现积分饱和现象 ,调节超调量增加。 因此 要求ki 在大误差时为 0,以消除积分饱和现象 ;在中误差时,采用较小的积分系数 ; 进入

27、稳态区域时 ,相对加大积分系数。这样可实现变系数积分 ,既保证稳态时对积 分的要求 ,又避免了积分饱和现象。3）微分项系数 kd 其主要作用是通过它对系统变化的抑制 ,达到改善系统动态特 性的目的, 即起阻尼作用。 kd值大,阻尼性增强,因此在大误差时应使 kd为零, 即 去掉阻尼作用以加快系统响应 ;当误差接近稳态区域时 ,应使 kd值为最大以抑制 变化趋势 ,从而起到减少超调的目的 ;当系统进入稳态区域时 ,应选择适当的 kd 使 控制稳定。云台运动软件流程思想如下图：图：软件控制流程图流程图中“云台位置更新” 调试过程中主要根据系统由初始位置到达指定位 置的振荡曲线，来判断 PID 三个

28、参数的大小取值是否恰当。图：kp=1，kd =1图：kp=，kd =1图：kp=1，kd =3图：kp =1，k分段 PID，不完全微分方式其具体实现，参见附录工程源代码部分。五 . 系统测试及调试1. 以云台控制视觉识别为例介绍测试流程该部分的结构框图如下，为测试这个系统是否工作正常，要先后进行单调、 联调。图：云台控制 视觉识别结构框图(1) 视觉识别系统测试视觉处理后计算出的角度数据在编码后能否正常发送， 由视觉识别部分 的队员完成。(2) USB 转串口测试1> 在开发机上插入 USB 转串口小板，安装驱动后，在计算机 >管理面板中 查看这一设备的编号，一般为 COMX (

29、X 为数字)的形式。2> 在开发机上运行“串口调试助手”程序，选定先前检测出的端口号，设定 波特率 115200B，其他设置保持默认，之后点击开始。3> 将发送数据格式设为 ASCII ，发送任意内容，点击发送后，可以看到 USB 转串口的 TX 灯闪烁。用导线将 RX 与 TX 短接，选择连续发送，点击发送后， 可以看到接收窗口以一定周期接收发送的内容，而设备上的RX 、TX 指示灯保持同步闪烁。 这里如果可以接收发送的消息说明串口通信正常， 而如果指示灯也 正常的话会更好，方便观察通信状况。否则说明 USB 转串口工作不正常，考虑 重新接线或者换其他 USB 转串口设备。(3)

30、 云台控制单调视觉处理系统发送的两轴角度数据是经过编码的，一次性发送 8 字节数据， 云台控制部分一次只能接收一字节数据， 在接收数据后进行解析。 进行单独测试， 可以将开发机与云台主控通过串口连接， 在开发机上运行串口调试助手， 仿照视 觉识别系统发送的数据帧格式发送数据， 主控板接收一个完整的数据帧后， 解析 出两轴角度， 通过串口打印出结果， 在串口调试助手的接收串口可以看到打印信 息，验证解析结果是否正确， 再验证云台是否转动到指定位置， 确认这一部分工 作正常后进行联调。(4) 联调以上三部分单调完成后， 进行联调， 视觉处理系统自动进行视觉处理、 数据 发送，云台控制部分接收数据后

31、及时处理， 自动调节两轴电机。 在摄像头面前移 动目标，测试云台是否转动到对准目标的位置。根据联调的效果确定改进方向， 重复测试，直至达到预期效果。(5) 此部分遇到的问题和解决方案1> 相对角度与绝对角度； 视觉处理系统根据摄像头视野中目标所处的相对位置确定要偏转的角度， 这 是相对于当前位置而言的， 当前位置即基准角度是无法由视觉识别系统自己确定 的；对云台两轴电机进行自动控制时， 需要向电机驱动发送绝对角度， 然后电机 驱动通过电流闭环控制电动机转动到指定位置。 这里可以在视觉识别系统上加上 陀螺仪自己测量当前角度， 或者由云台反馈会基准角度数据， 这两种方法分别会 增加系统复杂度

32、和降低数据传输效率。 最简单的方法是在云台控制程序中增加两 个变量保存基准角度， 及时更新这两个变量， 在接收视觉识别系统的相对角度后 加上基准角度， 得到绝对角度， 转交两轴电机控制部分完成。 经过测试这一方法 可以很好地解决两种数据之间的转换问题。2> 转动角度的范围控制；由于视觉系统不知道当前角度， 会尝试转到任意角度， 而受导线束缚、 机械 结构影响，转动范围是有限的，否则可能导致导线松开、电流过大烧毁电机，因 此需要解决转动角度的范围控制问题。 从三方面解决， 一是在布线时选择合适长 度的导线；二是在安装电机时调整合适的位置(每个电机有三种安装位置)；三 是在云台控制程序中，

33、判断目标绝对角度， 如果超过了范围， 则将目标角度设为 可转到的最大安全角度。 通过综合这三种解决方法， 确保了转动角度处于安全范 围内。2. 其他的问题以及解决方案、云台运行噪声问题；问题描述 ：在云台运行过程中，经常出现“吱吱”类似烧开水的声音，声音来源 来自两轴云台电机内部。问题分析 ：这种声音，明显表明电机工作不正常，存在磨损情况。即，电机不能 在一个位置稳定下来， 即在平衡位置存在振荡问题。 另一方面， 源自机械装置固 定不紧密，部分连接处螺丝随云台抖动而松动，与金属杆碰撞发出的声音。 解决方案：经多方调整参数， 最后得出噪声明显减少的参数调整方案， 即内环调 节参数不能过大，在本系

34、统中，内环指电流环，外环指位置环。通常情况下，内 环参数在数值上不能超过 5。在这种情况下，再去调整位置环三参数大小，噪声 会明显减小。另外 kd 参数不能过大（例如 1500及其以上），否则会产生明显噪 声。最后，配合使用分段参数，不完全微分等算法改进方式，增大参数的试用范 围，进而增强系统的稳定性，减少异常情况产生。、 pitch 轴电机运动不稳定，工作电流过大问题；问题描述： 在 pitch 轴前端，绑上金属材质激光灯以及一个摄像头之后，云台部 分横向中心明显靠前， pitch 轴电机 “抬头”电流一般达到 3A 峰值仍不能将炮管 抬起并稳定到正常高度，根本原因在于 MPU6025 电机

35、力矩过小，不能适应当前 重心大幅度靠前的重心环境。问题分析： 主要是由于机械设计时，并没有考虑到重心均衡的问题。解决方案： 最终临时采用的解决方案为，在继续采用 RM6025 电机作为 pitch 轴电机的情况下，在弹仓尾部额外挂载一个重物，起重心匹配作用。另外， pitch 轴电机采用舵机替换 RM6025 电机，由于舵机的力矩为 45kg/cm,完全适应当前情 况，大大提高了 pitch 轴的稳定度。、串口通信数据串扰及数据错误问题；问题描述： 经常出现数据接收错误或字节顺序错误从而导致两轴角度译码错误， 使云台出现异常抖动的情况。问题分析： 由模块工作原理中的串口通信设计部分可知， 一个

36、消息帧往往不止一 个字节，而一个消息帧内的每个字节都有严格的接收顺序要求。 若没有添加起始 字节和校验字节，接收方易出现数据串扰或字节顺序错误。解决方案： 后来通过在消息帧内加入起始字节和校验字节， 接收到错误字节， 直 接丢弃，避免错误消息帧影响系统正常运转，从而解决了该问题。六 . 项目实施总结及心得体会这是我们团队第一次接触到机器人相关的设计类竞赛， 对于每一个人来说这 都是一次宝贵的历练和难忘的经历。 我们小组想从不同的角度谈一谈对于此次项 目的总结和体会。从项目的时间进展上讲，我们在 2014 年底就已经接触了这个项目，宣讲会 和视频过后， 大家对项目初步的印象就是有趣新颖， 表面上

37、是机器人战车之间的 博弈，实际上融合了机械以及软硬件等不同领域的设计并用一种类似于CS游戏的形式呈现出来；在有了大疆提供的资料后，我们开始了机械、火控、硬件组的 分工，身处硬件组， 我们感受到每一部分从 PCB板的焊接测试到软件的调试下载 都是很大的挑战， 除了工作量大， 缺乏经验的我们很多时间都是用在寻找解决问 题方案上。 直到五月份我们还会出现板子莫名被烧的窘况， 直到比赛前几天晚上 大家也都在熬夜完善代码 但是只要大家坚持总会柳暗花明。从项目的分块实施上， 我们这个项目的团队毕竟是临时组建的， 初期肯定需 要一定的磨合， 但每位成员也都在努力寻找合适的定位。 从任务零散到逐渐模块 化，我们在小组合作和突破问题中逐渐找到默契和成就感。 例如云台部分的调试， CAN通信失败是由于芯片问题，板子烧毁问题，小车布线问题，云台部分是由于 电机问题，控制板问题，控制算法问题，参数问题等，找到问题所在就是成功的 第一步，然后集思广益、不断调试，当第一次看到车随遥控行走，第一次看到云 台随着鼠标转动， 第一次与火控联调成功 我们逐渐找到信心， 团队的合作力量也愈发强大。从项目的比赛结果上，两天比赛下来打了第 4 名拿到总决赛入场券，是对 我们所有老师和同学付出的一种肯定。 经历了几场连续的胜利之后， 我们觉得这 么久的付出也值了。 从名次上讲， 这是一个比较符合我们队实际情况的名次。 就