Руководство по отладке ПИД-регулятора двумерного подвеса сервопривода: попрощайтесь с джиттером и задержкой и поймите, куда вы указываете.

При созданиисервоприводподвес, особенно двухмерный, вы тоже сталкивались с такой проблемой: пытались связать двасервоприводпослушно, но в результате либо трясётся как у Паркинсона, либо не поворачивается на месте? Очевидно, это угол, так почему же так трудно двигаться? Не волнуйтесь, дело не в том, чтосервоприводсломан, но в вашей системе управления отсутствует душа - ПИД. Эта штука звучит как священная книга, но как только вы ее поймете, вы сможете ударить ею, куда бы ни навел ваш подвес.

Что такое ПИД?

Проще говоря, ПИД-регулятор подобен управлению акселератором во время движения. Вы хотите проехать 100 ярдов (заданное значение), но текущая скорость всего 80 (текущее значение), а разница составляет 20. P (пропорция) – сильно нажать на педаль газа, исходя из этой разницы. Чем больше разница, тем больше ускоритель. Однако, используя только P, легко промахнуться. В это время я (точки) выйду, чтобы учесть ошибки, накопленные в прошлом, и помочь вам долить еще немного масла или собрать еще немного масла. D (дифференциал) похож на ваш прогноз. Когда вы видите, что впереди большой спуск, следует заранее прекратить подачу топлива, чтобы не превысить скорость. При сотрудничестве этих троих машина может быть быстрой и стабильной.

Почему стабилизатор должен использовать PID?

Если подумать, если вы позволите сервоприводу вращаться на 90 градусов, он сможет вращаться без ПИД-регулятора, но это управление с разомкнутым контуром. Если камера, висящая на подвесе, окажется немного тяжелой или если потянуть за трос, сервопривод не сможет преодолеть сопротивление и не сможет вращаться на месте. Или если вы дадите ему быстро вращаться, он ударит вас с «лязгом», инерция слишком велика, и подвес будет долго трястись. ПИД-регулирование является замкнутым контуром. Он будет следить за текущим углом. Если есть какое-либо отклонение или дрожание, он немедленно выполнит точную настройку выходного сигнала сервопривода, чтобы гарантировать стабильную и точную остановку подвеса там, где вы хотите, чтобы он выглядел.

Как мне начать настройку моего первого PID?

Регулировка ПИД-регулятора может показаться метафизической, но на самом деле это процесс «проб и исправлений ошибок». Во-первых, у вас должен быть инструмент отладки, который может просматривать угол в реальном времени, например, распечатывать текущий угол на компьютере через последовательный порт. Затем сначала установите I и D на 0 и добавляйте только P. Медленно увеличивайте значение P от маленького до большого, пока подвес не начнет слегка вибрировать. На данный момент P почти достаточно. Затем добавьте немного D, и дрожание обычно исчезает, и стабилизатор реагирует быстрее. Если вы обнаружите, что подвес всегда имеет статические отклонения и не может повернуться в точное положение, добавьте еще немного I. Помните, регулируйте только один параметр за раз.

Что произойдет, если P станет слишком маленьким или слишком большим?

Если P отрегулирован слишком мало, как, например, когда вы ведете машину и слегка нажимаете на педаль газа, подвес будет похож на старика с медленной реакцией, медленно покачиваясь к цели, и он не будет точным в течение длительного времени. В терминах контроля это называется «медленной реакцией». С другой стороны, если P отрегулирован слишком высоко, подвес теряет терпение и с грохотом устремляется вперед. В результате он не может остановить машину и колеблется взад и вперед в заданном положении. Это «перерегулирование» и «колебания». Мы хотим, чтобы подвес достиг цели быстро и плавно и достиг цели за один раз без какого-либо дрожания. Это зависит от золотой комбинации P и D.

Что подавляет D?

D — демпфер, специально разработанный для борьбы с джиттером и вибрацией. Представьте, что вы толкаете тяжелую вращающуюся дверь, и она откидывается назад, когда вы ее толкаете. Если вы умны, вы встретите ее рукой, когда она уже почти на месте, слегка заблокируете ее, поглотите лишнюю кинетическую энергию, и дверь твердо остановится. То, что делает D, - это работа «лицом к лицу». Рассчитывая тенденцию изменения угла, он прогнозирует, что подвес собирается проскочить, и заранее тянет его назад в противоположном направлении. После добавления D движения стабилизатора станут очень «липкими» и плавными, без ненужной тряски.

Какую проблему я могу решить?

Вы когда-нибудь сталкивались с такой ситуацией: P и D отрегулированы, и подвес стабилен, как камень, когда он разгружен, но как только установлена ​​тяжелая камера, подвес всегда отклоняется на несколько градусов и не может вернуться в исходное положение. Это «статический дифференциал», который обычно возникает из-за трения или несбалансированной силы тяжести. Я родился для этого. Это похоже на бухгалтера, который суммирует все мелкие ошибки за прошедший период и, если обнаружит недостачу, постепенно предоставит дополнительную компенсацию. Таким образом, я могу позволить подвесу устранять статические различия и наводиться на цель, даже когда он загружен. Однако если I будет слишком сильным, это также вызовет шок, поэтому его следует прекращать в умеренных количествах.

Увидев это, у вас уже чешется и вы хотите попробовать? Фактически, регулировка ПИД-регулятора аналогична обучению езде на велосипеде. Как только вы поймете принципы, вы естественным образом почувствуете их, попрактиковав их несколько раз. Почему бы не открыть программу отладки прямо сейчас и не попробовать добавить набор параметров PID в подвес, чтобы увидеть эффект? Если у вас возникнут какие-либо проблемы, оставьте сообщение в области комментариев и не забудьте поставить лайк и поделиться им, чтобы его увидело больше друзей, играющих в сервоприводы!