想问一下大家电机编码器闭环控制的问题

ILAI

想问一下大家电机编码器闭环控制的问题 [复制链接]

最近在做工程训练大赛的物流机器人，用的是麦克纳姆轮，由于这是第一次做小车控制，之前都没有进行过电机的闭环控制。

想问一下这么几个问题：

1.还是不太清楚电机的编码器闭环控制有什么作用，麦轮的速度公式可以解出各电机需要的转速，通过编码器反馈来控制转速，但是如果我四个电机都是相同占空比的PWM调速，速度不就相等了吗，那编码器控制还有什么意义呢？

 

2.关于陀螺仪的问题，之前都没有使用过陀螺仪，所以不是很清楚它的原理和使用，只是很疑惑陀螺仪在这种麦轮平衡小车中担任的是怎样一种作用呢？能走直线之类的吗？

 

3.在进行麦轮小车控制时，有必要把电机编码器闭环和陀螺仪闭环都做进去吗，这样有必要吗？

 

4.大家在做小车控制的时候还有用到什么闭环控制手段吗？

 

现在一脸懵。。

littleshrimp

1、相同占空比空转数度可能相等，如果一个轮子卡住或者阻力大于另一个轮子速度就会不等
2、陀螺仪是角速度传感器，有了它你可以判断车的姿态，比如你控制车体旋转但它是不是真的转了，有没有卡住，有没有打滑这些可以通过姿态来判断。

ILAI

littleshrimp 发表于 2019-11-21 22:51
1、相同占空比空转数度可能相等，如果一个轮子卡住或者阻力大于另一个轮子速度就会不等
2、陀螺仪是角速度 ...

那编码器和陀螺仪一起控制有必要吗

littleshrimp

ILAI 发表于 2019-11-21 23:14 那编码器和陀螺仪一起控制有必要吗

编码器能知道电机转了多少圈

陀螺仪可以判断车身大概转了多少圈

比如你以什么样的速率行驶，陀螺仪就测不出来

chunyang

旋转编码器是用来获知电机转速的。电机的种类很多，多数电机的实际转速并不是给了多高电压或者多大的PWM占空比就一定是多少，而是会受到多种因素的影响。使用旋转编码器来获知电机的实际转速，再根据实际转速与目标转速的差别进行适当的算法控制，显然这会大大改善转速的精确性和稳定性，并使转速变化的过程受控，电机的种类选择也可以宽泛很多。

在实际应用中，电机的转速并不能简单等效为车轮的线速度，当地面不平、车轮打滑、轮胎磨损程度不一等情况时，仅使用PWM驱动一致根本无法保证车辆的应用级行驶品质，当玩具都不够档次，只能“演示”一下罢了。想取得良好的实际行驶性能，每只驱动电机都得进行独立控制，当然得是闭环控制才行。

chunyang

陀螺仪是用来进行方向感知并进一步实现方向控制的，如果机器人还涉及到姿态感知，同样也需要使用陀螺仪来获知。不过，方向/姿态控制的闭环与电机驱动的闭环是两码事。方向控制有两种实现方法，一是靠独立的驱动机构改变车轮的转向，如汽车的转向方式。这种转向控制方式与驱动电机的控制无关，顶多是可能需要降速一下。这种方式需要独立的转向机械机构和额外的转向机构驱动动力，对物流小车而言成本较高，但转向控制品质较佳，适合较大、较快的车型使用。另一种方向控制是靠驱动电机的差速实现，令异侧电机的转速不同，车辆就会朝转速低的一测转向。此种转向法无需独立的转向机构，不会因此带来额外的成本增加，适合小型、低速的车辆使用。差速转向法就需要介入电机驱动控制了，而且要讲究控制工艺才能保证转向品质。

chunyang

采用麦克纳姆轮的小车控制与采用常规车轮的小车控制可以说截然不同，麦轮可以实现全向自由移动，此时，每个轮的驱动必须是独立的，靠电机转向的不同以及转速控制来实现全向自由移动。从楼主的描述看，楼主还没弄明白麦轮全向自由移动的原理，所提出的问题还是基于常规轮思维的。建议楼主还是先去搜索有关资料，弄明白原理再做规划。

chunyang

麦克纳姆轮的驱动对电机转速精度控制的要求非常高，否则会导致打滑影响方向控制品质并明显降低轮子的寿命。查了一下，跟四轴飞行器的情况类似，现在网上成熟的控制板和配套的编码电机已很容易购买，价格也不高。本来，玩转高精度电机控制还是需要不少精力投入的，对原理理解和动手能力的要求本来也比较高，而现在套件和共享代码的推出极大的降低了技术门槛，可以随便轻松上手了……

hotsauce1861

第一个问题：开环系统和闭环系统的区别，即使你设置四个电机都是相同占空比，但是系统实际输出存在偏差，那就无法实现精确控制，这里加入编码器，可以实现速度环的闭环控制，提高差速的精确度

第二个问题：如果是平衡车的话，那么陀螺仪检测的是车身垂直方向的角速度，不过这里应该还是需要一个3轴的加速度传感器用于检测姿态，当前可以作为速度环的内环，速度环的PID输出值，作为姿态环的PID给定值；

不过查了一下，麦车是四个轮子，所以第二个问题以上的叙述可以忽略，单轴陀螺仪检测水平方向的转速即可，欧拉角里定义为航向角，是有必要加入的。

第三个问题：需要看实际的用户需求进行添加；

第四个问题：略

 

以上纯属个人理解，能力有限，难免纰漏，如有疏漏或错误，望指正