在智能小車中,會用到微型減速電機帶動車輪旋轉,微型減速電機需要有正反轉控制,下面天孚微電機介紹智能小車微型減速電機PID簡單控制理論。
首先普及下,為什么智能小車需要用微型減速電機,由于微型直流電機轉速非常快,每分鐘幾千到幾萬轉不等,但是在高轉速的狀態下,微電機的扭矩非常小,無法帶動智能小車的車輪,會導致微電機堵轉,所以需要用到齒輪減速箱(牙箱)來將轉速降低,加大扭力,原理是在微電機輸出軸上負載小齒輪,然后帶動大齒輪,在加上小齒輪與大齒輪,齒輪組越多,扭力則會越大,轉速也會越低。減速機常見有齒輪減速、渦輪蝸桿減速、行星減速等。齒輪減速結構簡單,成本也低在智能小車驅動中非常常見,精密行星減速機結構精細、效率高、但是價格偏高,至于渦輪蝸桿減速機在智能小車上幾乎不會用到。
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智能小車需要精準調速,所以會用到編碼器,主要作用是通過測定微型減速電機的磁場變化來確定償電機的轉速,一般用霍爾磁力編碼器。單片機(也就是微控制器)通過四倍頻的方式讀取編碼器的型號,A、B倆相是倆個相位不同的正弦波,設置跳沿中斷,在倆正弦波的上升沿和下降沿都產生中斷,就可由此讀取角度或者角速度信息。在32等單片機上,定時器就有編碼器模式,可以通過硬件技術自動四分頻,只需要設置一些寄存器的位即可。
微型減速電機離散PID控制,因為智能小車微型減速電機的數據需要連續的,但是數據采樣的頻率無法無限高,所以需要模擬調節器來進行離散化處理,如輸出頻率為200khz第5ms輸出一次的話,那么計算周期小于5ms就沒有任何意義的,但是如采用10ms為一個計算周期的話,只需要根據采樣的偏差時刻來計算控制量。
PID有兩個非常重要的前提:在采樣時間短的狀態下,用一介差分來代替一介微分;用累加代替積分。根據編碼器脈沖累加測量電機得位置信息,并與目標值進行比較,得到控制偏差,然后通過對偏差的比例、積分、微分進行控制。
PID的三個重要指標:穩定性、快速性、準確性
速度PID:速度閉環控制是根據單位時間獲取的脈沖數(M法測速)測量電機的速度信息,并與目標值進行比較,得到控制偏差,然后通過對偏差的比例、積分、微分進行控制,使偏差趨向于零的過程。
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