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使用Arduino实现PID加速减速控制

PID控制是一种常见的控制算法,可以通过调整比例、积分和微分常数来实现目标输出值的控制。PID控制广泛应用于自动化控制领域,例如温度控制、速度控制等。本篇博客将介绍如何使用Arduino实现一个简单的PID加速减速控制。

准备工作

在开始实现之前,需要准备以下硬件和软件:

硬件:

  • 一块Arduino控制板
  • 一个电机
  • 一个速度传感器

软件:

  • Arduino IDE
  • 适当的电机驱动库

实现过程

下面将介绍如何使用Arduino实现PID加速减速控制。具体步骤如下:

  1. 设置变量和常数

首先,需要设置一些变量和常数来进行PID计算,包括:

  • setpoint:目标速度
  • input:当前速度
  • output:输出速度
  • Kp:比例常数
  • Ki:积分常数
  • Kd:微分常数
  1. 初始化变量和常数

在开始运行之前,需要对变量和常数进行初始化,包括将目标速度设置为0,将输入速度设置为当前速度,将输出速度设置为0,将比例、积分和微分常数设置为合适的值。

  1. 设置采样时间

设置一个采样时间,用于确定PID控制算法的计算间隔。

  1. 实现PID计算

在主循环中,使用以下公式进行PID计算:

error = setpoint - input integral += (error * time_change) derivative = (input - last_input) / time_change output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative

其中,error表示目标速度和当前速度之间的差异,integral表示积分项,derivative表示微分项,output表示PID计算得出的输出速度。

  1. 实现加速减速逻辑

在计算出PID输出速度后,需要实现加速减速逻辑。可以通过比较输出速度和当前速度的大小关系,来实现加速或减速。具体实现方式如下:

if (output > input) { input += acceleration * time_change; if (input > output) { input = output; } } else if (output < input) { input -= deceleration * time_change; if (input < output) { input = output; } }

其中,加速度和减速度分别通过acceleration和deceleration变量进行设置。

  1. 输出速度值到电机

最后,将计算得出的速度值输出到电机,以实现速度控制。

代码示例

以下是一个简单的Arduino PID加速减速控制函数的代码示例:

  1. double setpoint = 0.0; // 目标速度
  2. double input = 0.0; // 当前速度
  3. double output = 0.0; // 输出速度
  4. double Kp = 1.0; // 比例常数
  5. double Ki = 0.0; // 积分常数
  6. double Kd = 0.0; // 微分常数
  7. double last_input = 0.0;
  8. double integral = 0.0;
  9. unsigned long last_time = 0;
  10. unsigned long sample_time = 100; // 采样时间,单位毫秒
  11. double acceleration = 0.01; // 加速度,单位为目标速度/毫秒^2
  12. double deceleration = 0.01; // 减速度,单位为目标速度/毫秒^2
  13. void setup() {
  14. // 初始化串口等
  15. }
  16. void loop() {
  17. unsigned long now = millis();
  18. unsigned long time_change = (now - last_time);
  19. if (time_change >= sample_time) {
  20. double error = setpoint - input;
  21. integral += (error * (double)time_change);
  22. double derivative = (input - last_input) / (double)time_change;
  23. output = Kp * error + Ki * integral + Kd * derivative;
  24. // 加速/减速逻辑
  25. if (output > input) {
  26. input += acceleration * (double)time_change;
  27. if (input > output) {
  28. input = output;
  29. }
  30. } else if (output < input) {
  31. input -= deceleration * (double)time_change;
  32. if (input < output) {
  33. input = output;
  34. }
  35. }
  36. last_input = input;
  37. last_time = now;
  38. // 输出速度值到电机
  39. }
  40. }

本文转载自: https://blog.csdn.net/baidu_39053164/article/details/129380620
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