任务3.6 车速PID控制功能开发-教学课件

主讲老师：汪俊东车速PID控制功能开发项目三：线控驱动技术任务3.6《智能汽车线控底盘装调与测试》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03课堂小测Classroomquiz任务实施Assignmentimplement0405课堂总结Classroomsummary06PART01任务导入AssignmentINTRO任务导入随着现代汽车工业的飞速发展，汽车的安全性和舒适性成为了人们关注的焦点。在众多的汽车控制系统中，车速控制无疑是其中最为关键的一环。它直接关联到驾驶者的行车体验以及车辆在道路上的行驶安全。而PID（比例-积分-微分）控制作为一种经典且广泛应用的控制算法，其在车速控制系统中的开发与应用，更是值得我们深入探讨和实践的课题。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要对线控驱动系统车速PID控制功能进行开发，你应该如何完成这项任务？并如何对开发的车速PID控制功能进行测试?PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标在任务验证过程中，培养学生精益求精，严谨认真的工匠精神；在任务实施过程中，培养学生的团队合作精神。能力目标能通过编写程序，完成车速PID控制功能的开发[A39]。能使用上位机等工具，对开发后的结果进行测试和调参[A40]。知识目标能解析PID控制的定义和特点[K41]；能阐述PID控制的原理和参数整定方法[K42]。PART03知识准备Backgroundknowledge一、PID控制的定义比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节，PID即Proportional（比例）、Integral（积分）、Differential（微分）三个单词的缩写。所以PID控制是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制策略，它是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。PID控制二、PID控制的原理1.比例控制（P）比例控制（P）比例环节的作用是对偏差瞬间做出反应。偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱取决于比例系数Kp，比例系数Kp越大，控制作用越强，则过渡过程越快，控制过程的静态误差也就越小。e(t)=r(t)–y(t)u(t)=e(t)*Kp二、PID控制的原理2.比例积分控制（PI）积分控制积分的存在是针对比例控制要不就是有差值要不就是振荡的这种特点提出的改进，它常与比例一块进行控制。积分项是一个历史误差的累积值，如果光用比例控制时，我们知道要不就是达不到设定值，要不就是振荡，在使用了积分项后就可以解决达不到设定值的静态误差问题。u(t)=Kp*e(t)+Ki∑e(t)+u0二、PID控制的原理3.PID控制振荡微分环节的作用是阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势（变化速度）进行控制。偏差变化的越快，微分控制器的输出就越大，并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入，将有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，特别对高阶系统非常有利，它加快了系统的跟踪速度。u(t)=Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0三、PID控制参数整定1.PID控制参数整定方法理论计算整定法工程整定方法1理论计算整定法2工程整定方法三、PID控制参数整定2.PID控制参数整定步骤1先仅加入比例控制，逐渐加大比例系数，使控制对象产生振荡2减小比例系统，找到控制对象的临界振荡点3再加入积分控制，逐渐加大积分系数，使控制对象达到目标值4根据超调量和振荡的情况适当增加微分控制四、PID控制的特点优点缺点原理简单，使用方便适应性强鲁棒性强复杂系统设计较难一套PID参数难以覆盖所有的工况PART04课堂小测Classroomquiz一、判断题1.PID控制是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。（

）2.PID控制参数整定是通过调整控制参数（比例系数、积分系数、微分系数）让系统达到最佳的控制效果。（

）√×二、单选题1.PID即（）三个英文单词的缩写。A.比例微分积分B.积分微分比例C.微分积分比例D.比例积分微分2.积分环节的作用是（

）。A.对偏差瞬间做出反应B.消除静态误差C.阻止偏差的变化D.克服振荡DBPART05任务实施Assignmentimplement思政专栏比亚迪汽车工程研究院是比亚迪整车研发的核心单元之一，它与产品规划及汽车新技术研究院一起，构成了比亚迪技术创新的两大支柱。比亚迪的工程师团队在电动汽车关键部件及整车平台自主研发与大规模产业化项目中，通过团队合作取得了显著成果。他们的工作不仅推动了技术创新，还促进了中国智能网联车路一体化技术的发展。比亚迪股份有限公司团队合作精神—比亚迪汽车工程研究：新能源汽车战略下的中国实力思政专栏2024年3月16日，比亚迪与京东集团达成战略合作，旨在推动中国汽车产业链的转型升级。比亚迪汽车工程研究院的组织架构调整、技术创新、团队合作精神以及与京东的战略合作，都是比亚迪在新能源汽车战略下展现中国实力的重要方面。通过这些举措，比亚迪不仅加强了自身的研发能力和市场竞争力，也为整个中国新能源汽车产业的发展做出了积极贡献。比亚迪与京东集团签约仪式团队合作精神—比亚迪汽车工程研究：新能源汽车战略下的中国实力1.工具设备清单一、实施准备分类名称数量图例实训设备线控底盘1套测试电脑1套CAN分析仪1套BDM下载器1套千斤顶1台1.工具设备清单一、实施准备分类名称数量图例防护用品工作服1套安全帽1个工作手套1双辅助材料无纺布1张2.检查设备（1）穿戴好工作手套和安全帽，将工具设备等摆放在工位上。（2）检查线控底盘外观是否正常，内部零件是否齐全，线束连接是否正常。（3）用千斤顶举升线控底盘后轮，使后轮离地。（4）检查测试电脑外观是否正常。（5）检查CAN分析仪外观是否正常无破损。（6）检查BDM下载器外观是否正常无破损。一、实施准备3.连接设备（1）连接CAN分析仪将车辆外接CAN0接口连接到CAN分析仪CAN1通道。一、实施准备连接CAN分析仪3.连接设备通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置，接入终端电阻。使用USB连接线将CAN分析仪连接到电脑。一、实施准备接入终端电阻3.连接设备（2）连接BDM下载器拆卸VCU的两颗固定螺栓，并拆卸VCU底板两颗固定螺栓。一、实施准备VCU固定螺栓VCU底板固定螺栓3.连接设备（2）连接BDM下载器连接BDM下载器和VCU，注意连接器的方向。使用USB连接线将BDM下载器连接到测试电脑。一、实施准备连接BDM下载器和VCU4.启动设备（1）旋开“12V供电”开关和“急停”开关，并拉起“48V供电”开关，启动车辆。一、实施准备启动车辆开关4.启动设备（2）长按遥控器的电源键（左右各一个，同时长按3秒），启动遥控器。一、实施准备启动遥控器4.启动设备（3）将遥控器最右侧SWD拨杆开关往下拨动，进入遥控驾驶模式。（4）按下测试电脑的电源开关，启动测试电脑。一、实施准备进入遥控驾驶模式1.编写车速PID控制程序（1）打开代码文件在“MCU_Program/drive”文件夹中，双击打开drive_control.c文件。二、车速PID控制功能开发实施drive_control.c文件1.编写车速PID控制程序（2）编写代码根据代码文件中的中文注释中的任务要求，完成代码的编写。二、车速PID控制功能开发实施编程任务要求//1）定义一个Float32类型的变量TargetSpeed，并将其初始化为0，即要下发给底层的速度//2）定义一个PID_LocTypeDef_Drive类型的结构体变量PID_Speed，并将其初始化为{0,0}//3）定义一个指向PID_LocTypeDef_Drive类型的指针Ptr_Speed，并将其指向PID_Speed变量的地址/**4）增量式PID计算*pidout+=Kp[e（k）-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]*setvalue:设置值（期望值）*actualvalue:实际值*///定义一个增量式PID控制器函数PID_increment_Drive，用于驱动控制//它接收三个参数：setvalue（设定值或目标值）、actualvalue（实际值或当前值）和PID（指向PID结构体的指针）//这个函数只采用比例和积分控制2.初步调整PID参数（1）设置嵌套PID模式在drive_control.c文件中，将嵌套PID的参数修改为1，使用嵌套的PID，否则无法实现PID速度限制。二、车速PID控制功能开发实施嵌套PID的参数Uint8Using_SpeedPID=0;//1使用嵌套的PID，0不使用嵌套的PID2.初步调整PID参数（2）调整PID参数在“MCU_Program/drive”文件夹中，双击打开drive_control.h文件。二、车速PID控制功能开发实施drive_control.h文件2.初步调整PID参数（2）调整PID参数在drive_control.h文件中，调整KP、KI的参数。参数值一般采用经验法。二、车速PID控制功能开发实施KP、KI的参数//车速PID参数#definePtr_Speed_KP4#definePtr_Speed_KI4#definePtr_Speed_KD02.初步调整PID参数（3）调整PID限速值在drive_control.h文件中，根据需求调整PID控制输出的最低车速值和最高车速值（实训时建议小于等于25km/h）。二、车速PID控制功能开发实施PID限速值#definePID_LIMIT_MIN_Drive0//最小值#definePID_LIMIT_MAX_Drive25//最大值3.固件烧入在测试电脑桌面双击“program.mcp”快捷图标，进入“FreescaleCodewarrior”主界面。二、车速PID控制功能开发实施“FreescaleCodewarrior”软件3.固件烧入单击“Debug”，在弹出的“USBDMConfiguration-HC12”弹窗中，单击“OK”。二、车速PID控制功能开发实施运行Debug3.固件烧入等待进度条完成之后，进入烧录界面。二、车速PID控制功能开发实施进度条3.固件烧入单击“运行”按扭（绿色箭头），进行固件烧入。二、车速PID控制功能开发实施单击“运行”按扭4.在线查看PID参数固件烧入完成后，在“FreescaleCodewarrior”主界面，双击“Data:1”，进入查看参数界面。二、车速PID控制功能开发实施双击“Data:1”4.在线查看PID参数右键单击空白区域，选择“OpenModules”。二、车速PID控制功能开发实施选择“OpenModules”4.在线查看PID参数在“Modules”窗口，选择“drive_control.c”文件，再单击“OK”。二、车速PID控制功能开发实施选择“drive_control.c”文件4.在线查看PID参数再次右键单击空白区域，选择“mode”，再选择“periodical”。二、车速PID控制功能开发实施选择“periodical”4.在线查看PID参数在弹出的“UpdateRate”窗口中，将数值改为1，再单击“OK”，实时更新显示的变量值。二、车速PID控制功能开发实施“UpdateRate”窗口4.在线查看PID参数在查看参数界面，单击“PID_Speed”可以看到实时更新显示的PID参数。二、车速PID控制功能开发实施在线查看PID参数5.车速PID控制测试及PID调参（1）启动连接上位机1）双击测试电脑桌面上的驱动测试上位机图标。二、车速PID控制功能开发实施驱动测试上位机5.车速PID控制测试及PID调参（1）启动连接上位机2）单击“打开设备”，再单击“启动CAN”，再单击“开始”，打开上位机。二、车速PID控制功能开发实施打开上位机5.车速PID控制测试及PID调参（2）进入自动驾驶模式1）单击“观测模式”，切换为控制模式，并单击“油门/制动未使能”，使能油门/制动。二、车速PID控制功能开发实施切换控制模式5.车速PID控制测试及PID调参（2）进入自动驾驶模式按下遥控器后面的“遥控/自动模式切换开关”，进入自动驾驶模式，此时车辆双闪灯闪亮。二、车速PID控制功能开发实施遥控器“遥控/自动模式切换开关”自动驾驶模式5.车速PID控制测试及PID调参（3）设置控制参数步长输入并选择15（以预期车速为15km/h为例说明），挡位选择“D”挡。二、车速PID控制功能开发实施设置控制参数5.车速PID控制测试及PID调参（4）开