引言

• 智能车比赛中，舵机、摄像头与电机组成的系统是核心控制单元。
• 串级PID控制用于优化系统响应速度和稳定性。
• 本文探讨串级pid系统中的：系统组成、三者输出值的获取、电机pid与舵机pid的简单实现简略介绍、串级PID控制原理。
• 最终可实现对赛道的简单循迹

系统组成

摄像头模块

• 负责赛道信息的采集与处理。
• 通过图像识别获取赛道中心线或边界信息。
• 输出偏差信号给舵机控制模块。

舵机模块

• 根据摄像头提供的偏差信号调整车轮转向。
• 直接影响车辆的行进轨迹。
• 需要快速响应以应对赛道变化。

电机模块

• 控制车辆的前进速度。
• 根据赛道情况和舵机转向调整输出功率。
• 与舵机协同工作以保持车辆稳定性。

简介

本文主要介绍摄像头+舵机+电机配合的整体框架与思路，至于其中细节，只粗略点出，并不会详细解释。

三者输出值的获取方法

1.摄像头图像处理

（1）中线提取方法（此处中线是指图像处理所得的此时在小车的视野里面的中线，即由提取的左右边界线平均所得的中线，并不是实际中线）

1.摄像头得到赛道图片。

2.图像处理得到二值化图像。

3.利用最长白列或者八邻域的方法对图像处理提取出左右边界(用数组存储)，利用左右边界得到中线数组（对于最长白列与八邻域，此处不加以讲解，如有需要，可以评论区留言，若人多，我会再发一篇博客，对两种图像处理方法进行讲解）。

2.舵机

（1）角度得出方法

     steer = ((servo_pwm_info.duty/(float)PWM_DUTY_MAX*1000/(float)SERVO_MOTOR_FREQ) - 0.5)*90 - 中心角度值

        （2）公式介绍：steer为计算所得偏移的角度值；servo_pwm_info.duty为直接获取的舵机此时pwm值；PWM_DUTY_MAX为生成的CCR /（ARR + 1）中ARR不变，使得此时CCR / (ARR + 1)为1时的CCR值；SERVO_MOTOR_FREQ为此时控制舵机的pwm的频率；中心角度值为计算所得steer的参考线。

3.电机

        （1）通过编码器与ADC读取，可以得到一定时间内ADC的累计值，通过测量这一段时间t，再通过编码器的参数，即ADC每读取到一个值，编码器转过的角度与轮子周长的换算关系，可得到这一段时间所通过的路程s，s/t 即可得到此时的速度值（说明，这里只是提出一种速度获取方法，实际上，在pid控制中，我们其实并不需要得到速度，只需要一段时间所读取的编码器的值即可）。

电机pid与舵机pid的简单实现简略介绍

1.舵机（此处只采用简单的pid对舵机进行处理，而没有使用对环境适应度更好的模糊pid

，若有需求，可自行下去了解）

2.电机

串级PID控制原理

1.内环与外环设计

        （1）外环（位置环）：摄像头采集的偏差信号作为输入。

        （2）内环（速度环）：电机速度反馈作为输入。

        （3）通过双环结构实现更精确的控制。

对图文进行详细介绍：

1.将图像处理后所得的中线（由左右边线所得的中线）与赛道的中线（直接可以取整张图像的边线）。

所以舵机pid的Target = 赛道中值偏差 = 赛道边线 - 左右边界所得中线（mid[58]）(此处是58，而不是60，是因为采用了滤波的思想)

2.舵机pid的out输入到阿尔曼差速模型（可自行下去了解，此处只展示简单模型与简单实现代码）中去，可得到需要输入到电机pid中的左右电机分别的速度Vl与Vr。

注：模型参考文章：STM32循迹PWM调速及阿克曼舵机转向_阿克曼转向与普通转向区别-CSDN博客

3.得到的Vl与Vr分别作为左右电机pid的Target输入，输出的pwm值进行具体的速度控制。

4.此时测得的转速可再由编码器测得，作为Actual输入到电机pid中，然后车辆的位置与姿态的变化，可再由摄像头得到，图像处理得到的中线可再于赛道中线进行差值。  

5.循环反复，即构成了摄像头，舵机，电机之间的串级pid模型，最终完成赛道循迹的功能。

总结

1.通过此篇博客，带领大家一步步的从输出值的获取，来实现分别的pid，分别的处理，最后进行整合，从而形成了串级pid的系统

结语

1.如果由什么问题，欢迎在评论区或者私信我指出

2.如果由什么地方不明白，欢迎在评论区或者私信我指出

3.谢谢大家，如果觉得对你有启发或者是由帮助的话，麻烦点个赞或收藏，你的赞或收藏就是对我最大的鼓励。