SLAM+語音機器人DIY系列：（四）差分底盤設計——5.底盤PID控制參數整定

時間 2019-11-10

標籤 slam 語音機器人 diy 系列差分底盤設計 pid 控制參數简体版

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摘要

運動底盤是移動機器人的重要組成部分，不像激光雷達、IMU、麥克風、音響、攝像頭這些通用部件能夠直接買到，很難買到通用的底盤。一方面是由於底盤的尺寸結構和參數是要與具體機器人匹配的；另外一方面是由於底盤包含軟硬件整套解決方案，是不少機器人公司的核心技術，通常不會隨便公開。出於強烈的求知慾與學習熱情，我想本身DIY一整套兩輪差分底盤，而且將完整的設計過程公開出去供你們學習。說幹就幹，本章節主要內容：html

1.stm32主控硬件設計python

2.stm32主控軟件設計nginx

3.底盤通訊協議django

4.底盤ROS驅動開發ubuntu

5.底盤PID控制參數整定centos

6.底盤裏程計標網絡

5.底盤PID控制參數整定

咱們的miiboo機器人底盤的stm32控制板中已經內置了整定好的PID參數，若是選用咱們提供的控制板和電機，通常狀況下是不須要整定PID的。架構

對於想體驗一下PID參數整定過程或將咱們的miiboo機器人底盤的stm32控制板應用到其餘地方的朋友，這裏給出了整定PID的整個操做過程和思路，方便你們學習和更深層次的研究。首先，對PID三個參數定性的分析，先有個感性的認識，如圖49。ide

（圖49）PID參數定性分析工具

其次，因爲咱們的miiboo機器人底盤的stm32控制板中採用的是增量式PID，因此這裏對增量式PID參數的特殊性進行一些說明，如圖50。

（圖50）離散域位置式PID與增量式PID數學表達式

位置型PID的參數整定過程通常是，先整定KP，而後整定KI，最後整定KD；對比位置型PID與增量型PID的數學表達式，能夠發現位置型KP和增量型KI同樣，位置型KI和增量型KD同樣，位置型KD和增量型KP同樣，如圖51。這樣，增量型PID應該先整定KI，而後整定KD，最後整定KP。這一點須要特別注意，弄錯順序的話會發現整定規律徹底不適用的。

（圖51）增量式PID參數特殊性說明

在機器人上進行具體PID整定操做以前，先對整定原理作一些講解。下面的表述是針對增量型PID的，即KI爲比例參數、KD爲積分參數、KP爲微分參數。這裏使用試湊法對miiboo機器人底盤的增量PID參數進行整定：

第1步：

首先只整定比例部分。比例係數KI由小變大，觀察相應的系統響應，直到獲得反應快，超調小的響應曲線。系統若無靜差或靜差已小到容許範圍內，而且響應效果良好，那麼只須用比例調節器便可。

第2步：

若穩態偏差不能知足設計要求，則需加入積分控制。整定時先置KD爲較小值，並將經第1步整定獲得的KI減少些( 如縮小爲原值的0.8倍 )，而後增大KD，並使系統在保持良好動態響應的狀況下，消除穩態偏差。這種調整可根據響應曲線的狀態，反覆改變KI及KD，以期獲得滿意的控制過程。

第3步：

若使用比例-積分調節器消除了穩態偏差，但動態過程仍不能滿意，則可加入微分環節。在第2步整定的基礎上，逐步增大KP，同時相應地改變KI和KD，逐步試湊以得到滿意的調節效果。

原理了解後，就要到實際的miiboo機器人上進行整定了，首先須要將底盤的DATA-uart2與DEBUG-uart1串口鏈接到機器人的主板樹莓派3中，並確保被樹莓派識別的串口設備號爲底盤驅動設置的值，若是串口號不匹配須要先進行匹配，關於這部份內容將在miiboo機器人SLAM導航中作更詳細的展開。而後，須要啓動底盤控制節點、底盤調試節點、鍵盤控制節點。

#打開終端，啓動底盤控制節點
roslaunch miiboo_bringup minimal.launch 

#再打開一個終端，啓動底盤調試節點，按提示輸入命令
roslaunch miiboo_bringup pid_set.launch

#再打開一個終端，鍵盤控制節點
rosrun teleop_twist_keyboard teleop_twist_keyboard.py

#再打開一個終端，用rqt_plot對底盤速度曲線進行繪製，指定曲線數據來源的topic
rosrun rqt_plot rqt_plot

鍵盤控制節點teleop_twist_keyboard須要經過apt-get命令來安裝，rqt_plot是ROS提供的繪圖工具，關於這些的具體使用方法將在miiboo機器人SLAM導航中作更詳細的展開。

最後，就是經過觀察速度曲線，按照試湊法的步驟，在底盤調試節點的終端中輸入相應的kp、ki、kd參數，不斷重複這個過程直到速度曲線達到一個比較滿意的形狀。rqt_plot速度曲線的樣子如圖52所示。

（圖52）rqt_plot速度曲線