大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。
前言:
本文章主要是近期有关舵机知识的总结,将分别从舵机的控制原理,控制流程和代码实现流程几个方面作简要介绍,由于时间紧急,难免有疏漏错误之处,欢迎留言指正
一、舵机的控制原理:
我们本次智能车使用的舵机是通过PWM进行控制。而PWM几个重要的参数就是最大值,最小值和占空比。其中占空比决定了舵机的旋转角度,如下图所示:
不同的占空比控制不同的角度。而我们的目的就是通过摄像头和电感采集上来的数据(MiddleLine)通过算法来控制占空比(脉冲宽度),进而控制舵机的旋转角度。简单介绍了原理之后下面就开始介绍舵机的使用和控制。
二、舵机左右极值和中值参数设置:
使用舵机的第一步就是先对舵机进行调中,目的是使舵机左右自由度相同,从而是控制更加准确和方便,如果不调中,很容易出现舵机打死现象,轻则是车子无法正常转弯,重则烧坏舵机。调中方法:
1、调左极值:
使以下单个参数相同,观察舵机旋转角度,当左轮即将接触车子为最佳。
2、调中值:
方法同上。
3、调右极值:
方法同上。
位置:macro.h
//-------舵机pwm-------------------
#define STEER_MIN 9580 //左值9455
#define STEER_MID 9580 //中值9500
#define STEER_MAX 9580 //又值9580
注意:在调中的过程中,应尽量做到左右对称,如果左右不对称,可以采取以下几种方法:
(1)、调节舵机中值角度位置,尽量做到左右自由度对称
(2)、调节连接杆位置(推荐)
(3)、有的时候由于工艺的限制,会有部分偏差,只能通过其他硬件结构和软件设计进行弥补
二、哪里用到这些值:
1、角度控制
位置:control.c
void AngleControl(PID *pid_steer)
{
float middle_line = getMiddleLine();
if(middle_line > IMAGE_WIDTH)//中线偏差限幅
middle_line = IMAGE_WIDTH;
else if(middle_line < 0)
middle_line = 0;
#if DIR == 0//左小右大
steer_u = STEER_MID - PositionalPD(pid_steer, middle_line);
#elif DIR == 1
steer_u = STEER_MID + PositionalPD(pid_steer, middle_line);
#endif
//舵机脉宽平滑变化
if(steer_u > STEER_MAX)
steer_u = STEER_MAX;
else if(steer_u < STEER_MIN)
steer_u = STEER_MIN;
setPWMWidth(steer_u);
}
uint8 cnt = 0;
uint8 flag = 0;
从这段代码可以看出,程序先通过函数getMiddleLine()获得中线,然后对中线进行了限幅,防止数值过大或过小损坏硬件。然后传递到 PositionalPD()函数,该函数通过中线和PID结构体中的数值进行计算,最终得出一个误差数值(PD运算得出)output,然后与舵机中值做差,数值传给steer_u ,然后再函数setPWMWidth()函数中对steer_u做一次限幅,然后传递给函数cmt_pwm_duty()就可以进行PWM的设置了,下面将对相关函数作简要介绍:
(1)、脉冲宽度设置:
void setPWMWidth(uint16 steer_u)
{
if(steer_u > STEER_MAX) {
steer_u = STEER_MAX;
} else if(steer_u < STEER_MIN) {
steer_u = STEER_MIN;
}
cmt_pwm_duty(steer_u/10);
}
该函数看似是进行脉冲宽度设置,实质时进行限幅作用,真正进行脉宽设置的是cmt_pwm_duty()函数。
(2)、cmt_pwm_duty()函数:
void cmt_pwm_duty(uint16 duty)
{
uint32 temp_high_num, temp_low_num;
//计算高低电平的计数次数
temp_low_num = (cmt_period*(CMT_PRECISON-duty)/CMT_PRECISON);
temp_high_num = (cmt_period*(duty)/CMT_PRECISON);
//设置低电平时间
temp_low_num--;
CMT->CMD1 = temp_low_num >> 8;
CMT->CMD2 = (uint8)temp_low_num;
//设置高电平时间
CMT->CMD3 = temp_high_num >> 8;
CMT->CMD4 = (uint8)temp_high_num;
}```
这里面有几个参数需要大家了解一下:
1、cmt_period :一个周期计数的次数
表达式:cmt_period = temp_clk/(temp_div+1)/freq;
注意:这里用到了预分频的方法,就不多做介绍
2、CMT_PRECISON:占空比精度
3、duty:占空比
该函数的作用是进行占空比设置,用到了CMT模块,这里不做详细介绍。
(3)、PositionalPD()函数:
//积分饱和,输出限幅
int16 PositionalPD(PID *pid, float sensor_val)//位置式pd
{
float output = 0.0f;
float error = 0.0f;
float p_error = 0.0f;//当前误差项
float d_error = 0.0f;//微分误差项
error = pid->set_point - sensor_val;
p_error = error;
d_error = error - pid->last_error;
if(fabs(error) < 0.1f)
output = 0.0f;
else
output = pid->K_p * p_error + pid->K_d * d_error;
pid->last_error = error;
return (int)output;
}
该函数的功能主要是根据摄像头和电感传回来的数据进行误差计算,用到了PID控制,算法不是很难,不做详细介绍。
4、 getMiddleLine()函数:
float getMiddleLine(void)
{
float inductor = getInductorMiddleLine();
float camera = getCameraMiddleLine();
#if CAMERA==1
float result = inductor * car_info.K_g + camera * (1 - car_info.K_g);
#else
float result = inductor;
#endif
car_info.mid_line_ = result;
return result;
}
该函数的作用是获得中线,当有摄像头时取摄像头和电感的加权值,否则使用电感的数值,这也是为什么不用摄像头也能进行循迹的原因。
三、总结:
由次可以看出,舵机控制大致分以下几个步骤:
1、调中,就是调那三个数值
2、获得中线:getMiddleLine(),分两种情况,有摄像头和无摄像头
3、将获得的中线值和调中设置的值通过函数PositionalPD()PID运算得出差值,并将结果传给steer_u
4、根据steer_u的数值,通过函数setPWMWidth()进行限幅
5、限幅后将数值steer_u/10传给函数cmt_pwm_duty()进行脉宽设置
以上就是舵机的大致控制流程,由于能力有限,难免有疏漏错误之处,欢迎留言指正,进行交流。由于本次主要是介绍舵机的有关控制,里面有很多细节没有做详细介绍,大家可以自己上网查阅相关资料进行了解。比赛是一个学习的过程,只有多动手,勤思考,才能有所收获,失败的经验比成功地经验更重要。
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