项目四任务6：转向角度闭环控制功能开发-学生工作页答案

任务4.6转向角度闭环控制功能开发-学生工作页姓名班级学号实训室小组时间一、接受任务线控转向系统通过电子信号代替机械链接，提供更快速、更精确的转向响应。PID控制作为一种经典且广泛应用的控制策略，被引入到线控转向系统中，以实现更优的控制效果。假设你是某家线控底盘解决方案供应商的测试工程师，需要按照公司的工作手册，依据通信协议，利用嵌入式系统中用于转向控制的C语言程序，开发基于PID控制的线控转向角度闭环控制功能。你应该如何设计转向角度闭环控制程序代码，并验证自己设计的转向角度闭环控制程序代码呢?提示：此次任务我们将通过C语言程序开发，完成线控转向角度闭环控制的程序代码的编写；能掌握转向角度闭环控制的测试方法及PID调参方法。提示：此次任务我们将通过C语言程序开发，完成线控转向角度闭环控制的程序代码的编写；能掌握转向角度闭环控制的测试方法及PID调参方法。二、收集信息1、增量式PID控制器信息收集增量式PID算法的核心原理是计算控制量的增量，而不是直接计算控制量的绝对值。这意味着算法将当前时刻的控制量与上一时刻的控制量进行比较，只更新两者之间的差值。根据增量式PID算法公式Δu(k)=KP*[e(k)-e(k-1)]+KI*e(k)+KD*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)]u(k)表示第k个时刻的输出值；e(k)表示第k个时刻的误差值；KP、KI和KD分别是比例、积分和微分系数；Δu(k)表示第k个时刻的输出增量值。2、零位标定程序功能设计信息（1）在PID控制函数中0：不使用嵌套的PID1：使用嵌套的PID。三、制定计划步骤作业内容工具注意事项预计用时1实施准备：检查设备，连接设备：连接CAN分析仪与车辆，连接BDM下载器与车辆启动设备线控底盘，测试电脑，CAN分析仪，BDM下载器千斤顶（1）连接CAN分析仪，注意是将车辆外接CAN0接口连接到CAN分析仪CAN1通道（2）连接BDM下载器与车辆时，注意需要下电操作，并注意连接线方向10分钟2编写转向控制程序代码线控底盘，测试电脑，FreescaleCodewarrior软件编写完成后，记得保存代码文件15分钟3固件烧入：将转向控制程序固件烧入到VCU，在线查看零位标定参数线控底盘，测试电脑，FreescaleCodewarrior软件正确完成固件烧入15分钟4验证转向角度闭环控制功能：记录未使用PID控制的转向数据，记录使用PID控制的转向数据，记录并分析转向数据线控底盘，测试电脑，FreescaleCodewarrior软件正确设置转向零位位置15分钟5调整转向角度闭环控制PID参数：调整kp系数并分析转向角度的变化，调整ki系数并分析转向角度的变化线控底盘，测试电脑，FreescaleCodewarrior软件需要先完成再次进行固件烧入，才能验证零位标定功能15分钟6系统复原，整理清洁线控底盘，测试电脑，CAN分析仪，BDM下载器，千斤顶须先关闭线控底盘电源，才能关闭遥控器5分钟7检查评价，总结反思检查与评分表，总结反思表注意评价的客观性，注意进行深刻反思5分钟四、操作实施1、作业前准备作业内容作业项目作业示范实施准备R穿戴好工作手套和安全帽，将工具设备等摆放在工位上R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R用千斤顶举升线控底盘后轮R检查测试电脑外观是否正常R连接CAN分析仪外观是否正常无破损R检查BDM下载器外观是否正常无破损2、连接设备作业内容作业项目作业示范连接CAN分析仪与车辆R连接CAN分析仪R通过拨码开关，将CAN1的终端电阻R1拨到ON的位置连接BDM下载器与车辆R拆卸VCU的两颗固定螺栓，并拆卸VCU底板R连接BDM下载器和VCU，如图4-5-8所示，注意连接线束的方向（线束突起朝里）R连接BDM下载器和测试电脑启动设备R启动车辆R启动遥控器R进入遥控驾驶模式R启动测试电脑3、编写零位标定程序代码作业内容作业项目作业示范打开代码文件R在“MCU_Program/turn”文件夹中，双击打开turn_control.c文件编写零位标定代码（1）请填写使用嵌套PID转向角度闭环控制功能代码文件：Uint8Using_AnglePID=1floatPID_increment_Turn(Int32setvalue,Int32actualvalue,PID_LocTypeDef_Turn*PID){ PID->ek=setvalue-actualvalue;PID->out+=PID->kp*(PID->ek-PID->ek1)+(PID->ki*PID->ek);//+PID->kd*(PID->ek-2*PID->ek1+PID->ek2);PID->ek2=PID->ek1;PID->ek1=PID->ek;R编写代码完成后，保存代码文件4、固件烧入作业内容作业项目作业示范将零位标定程序固件烧入到VCUR双击打开“program.mcp”快捷图标，进入“FreescaleCodewarrior”主界面R单击“Debug”下拉菜单，在弹出的“USBDMConfiguration-HC12弹窗中，单击“OK”，进入烧入界面，并等待进入烧入界面完成R点击“运行”按钮（绿色箭头），进行固件烧入在线查看零位标定参数R固件烧入完成后，在“FreescaleCodewarrior”主界面，双击“data”行，进入查看参数界面R在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“OpenModule”R在弹出的“Modules”弹窗中，选择“turn_control.c”文件，显示对应的变量值R在查看参数界面空白区域，单击鼠标右键，在弹窗中选择“mode”，在弹出的“mode”弹窗中，选择“periodical”R在弹出的“UpdateRate”弹窗中，将数值改为1R在查看参数界面，能够看到实时更新显示转向控制参数5、验证转向角度闭环控制功能作业内容作业项目作业示范记录未使用PID控制的转向数据R修改转向角度闭环控制功能代码为不使用嵌套的PID模式，并重新烧入到VCU中R在上位机以一次性从0°转向至300°为例R生成对应的.txt文件和测试数据曲线图记录未使用PID控制的转向数据R修改转向角度闭环控制功能代码为不使用嵌套的PID模式，并重新烧入到VCU中R在上位机以一次性从0°转向至300°为例R生成对应的.txt文件和测试数据曲线图记录并分析转向数据（根据实际任务进行填写，下表为学生手册案例）序号是否使用PID控制转向操作（°）KP系数KI系数最大超调量（°）稳态误差（°）到达峰值时间（ms）系统稳定时间1否0~3000.050.032616407352是0~3000.050.032190660745得出结论结合图与表进行分析，使用PID控制的转向系统的最大超调量发生较大的变化，因此可以证明转向角度闭环控制功能已经生效。6、调整转向角度闭环控制PID参数作业内容作业项目作业示范调整kp系数并分析转向角度的变化R确定比例系数kp时、首先去掉PID的积分项和微分项，一般是ki=0，使PID为纯比例调节R从0.5递减到0.1设置kp系数，记录数据，回放数据。R在turn_control.h文件中，修改转向角度闭环控制功能代码中的kp、ki系数，并重新烧入到VCU中，并查看对应的PID-OUT角度R在上位机以一次性从0°转向至300°为例，操作并记录相关信息填写生成的对应数据和测试数据曲线图（根据实际任务进行填写，下表为学生手册案例）序号是否使用PID控制转向操作（°）kp系数ki系数最大超调量（°）PID-OUT角度（°）曲线图1是0~3000.508-100调整ki系数并分析转向角度的变化R确定比例系数KP后、调整KI系数，消除稳态误差，通过比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。R从0.0001以10倍的倍数递增到0.1设置KI系数，记录数据，回放数据。R在turn_control.h文件中，修改转向角度闭环控制功能代码中的KI系数，并重新烧入到VCU中，并查看对应的PID-OUT角度R在上位机以一次性从0°转向至300°为例，操作并记录相关信息填写生成的对应数据和测试数据曲线图（根据实际任务进行填写，下表为学生手册案例）序号是否使用PID控制转向操作（°）kp系数ki系数最大超调量（°）PID-OUT角度（°）曲线图1是0~3000.90.0010-300得出数据得到使转向系统转向角度闭环控制比较精准的系数为Kp:Ki:7、系统复原作业内容作业项目作业示范系统复原R关闭CAN测试软件R关闭测试电脑电源R关闭线控底盘电源R关闭遥控器R拆卸并整理CAN分析仪及其连接线R拆卸并整理BDM下载器及其连接线R安装VCU底板并固定好VCUR卸下千斤顶8、整理清洁作业内容作业项目作业示范整理清洁R使用干净无纺布清洁线束两端插接口和线束表面R使用干净无纺布清洁实训过程中触碰过的区域R清洁工作台，并叠好无纺布放置于合适位置R清洁整理流程完毕，卸下安全防护用品并整理放好后离开实训区域五、检查评价检查与评分表序号评价标准评价类型评分（客观10-0分）（主观10-9-7-5-0分）自我评分教师评分1知识点一：PID控制器的参数调试客观评价2知识点二：转向角度闭环控制程序功能设计客观评价3技能点一：正确连接设备主观评价4技能点二：正确完成转向角度闭环控制程序代码的编写主观评价5技能点三：正确完成固件烧入主观评价6技能点四：正确完成转向角度闭环控制PID参数的调整主观评价7作业前准备主观评价85