双环PID控制详细讲解

双环PID控制详细讲解

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/BigDavid123/article/details/136664184

PID控制是工程领域中常见的控制方法，而双环PID控制更是其中的重要应用。本文将详细介绍双环PID控制的原理、实现方法，并提供具体的C++代码示例，帮助读者深入理解这一控制技术。

单环PID控制

单环PID控制的基本流程是：目标位置→系统→速度→当前位置。输入目标位置后，系统通过控制中间过程量（速度）来调整当前位置。单环控制主要控制速度量。

PID双环控制

双环PID控制包括位置环（外环）和速度环（内环）。外环的输出值作为内环的目标值。当系统接近目标位置时，外环误差减小，从而减小内环的目标值，实现减速效果。在实现时需要注意外环PID参数的调节幅度，以避免对整个控制曲线产生过大影响。

代码实现步骤

1. PID参数结构体：定义位置、速度闭环的PID参数结构体变量
2. 初始化PID参数：把目标值、期望值、累计偏差清零，配置PID系数
3. 设置目标位置：只需要设置外环的目标位置，内环的目标值由外环的输出决定
4. PID双环控制：在定时器中断中，定期计算当前位置并进行外环PID计算，得到目标速度；然后通过速度限幅处理，再进行内环PID计算，最终得出PWM比较值

PID双环控制详细解析

采用双环PID控制主要是为了稳定地控制加速度。外环控制速度，内环控制加速度。总体流程是：目标位置→系统1→目标速度→系统2→加速度→当前位置和速度→反馈回系统1和2。

外环控制

外环的目标是通过输入目标位置来控制速度，输出目标速度作为内环的输入。

内环控制

内环接收外环的目标速度，通过控制加速度来调整当前位置，并将结果反馈给系统。

双环PID控制器的C++代码实现

下面是具体的C++代码实现：

float outer_pid_controller(float setpoint, float input, float kp, float ki, float kd, float dt) {
    static float integral = 0;
    static float prev_error = 0;
    float error = setpoint - input;
    // 计算积分项
    integral += error * dt;
    // 计算微分项
    float derivative = (error - prev_error) / dt;
    // 计算输出
    float output = kp * error + ki * integral + kd * derivative;
    // 更新上一个误差
    prev_error = error;
    return output;
}

float inner_pid_controller(float setpoint, float input, float kp, float ki, float kd, float dt) {
    static float integral = 0;
    static float prev_error = 0;
    float error = setpoint - input;
    // 计算积分项
    integral += error * dt;
    // 计算微分项
    float derivative = (error - prev_error) / dt;
    // 计算输出
    float output = kp * error + ki * integral + kd * derivative;
    // 更新上一个误差
    prev_error = error;
    return output;
}

float double_pid_controller(float setpoint, float input, float outer_kp, float outer_ki, float outer_kd, float inner_kp, float inner_ki, float inner_kd, float dt) {
    // 计算外环控制器输出
    float outer_output = outer_pid_controller(setpoint, input, outer_kp, outer_ki, outer_kd, dt);
    // 计算内环控制器输出
    float inner_output = inner_pid_controller(outer_output, input, inner_kp, inner_ki, inner_kd, dt);
    return inner_output;
}

其中，outer_pid_controller和inner_pid_controller分别是外环和内环PID控制器的实现函数。double_pid_controller函数将两个PID控制器串联起来，实现双环PID控制器。

Apollo纵向控制原理

Apollo的纵向控制基于Frenet坐标系，采用位置跟踪控制器（P控制器）和速度跟踪控制器实现闭环控制。同时考虑了坡道加速度补偿和预览点加速度的开环控制。最终通过油门和刹车标定表，将加速度和定位反馈转换为具体的控制量。

油门刹车标定表

纵向控制逻辑是通过油门控制功率，进而影响转速和扭矩，最终实现车速和加速度的控制。通过实验获取不同油门下的速度和加速度数据，拟合出油门与速度、加速度的关系模型。