PID詳解3(攝像頭循跡分析)

看了那么多成功的案例和大佬們的分享、講解，終于輪到我們自己來(lái)設(shè)計(jì)PID了。

首先需要分析的是，想要用PID，我們得先知道，我們需要通過(guò)傳感器拿到哪些參數(shù)，我們處理后要得到的是什么參數(shù)，然后才是設(shè)計(jì)PID控制器。這個(gè)很重要，畢竟“方向”才是最重要的。在很多以后的工作中，也一定要先弄明白方向和目的，避免犯迷糊。

分析：

1. 我們通過(guò)PWM波控制車輪速度，通過(guò)兩輪差速完成轉(zhuǎn)向，所以我們需要的參數(shù)是賦給兩輪的車速，但又不是速度本身，而是$TI{M}_{S}etComparex(TIMx,ax1)$中的這個(gè)ax1的值。它與車速之間的關(guān)系并不是很明確。這里我們來(lái)計(jì)算一下具體的關(guān)系，不然就是一個(gè)隱患：

ps:今天是見識(shí)到CSDN的魚龍混雜了。。。看到好多個(gè)概念錯(cuò)誤還寫的賊自信，到處查資料，去偽存真，得到我下面的結(jié)論，應(yīng)該是沒什么問(wèn)題了。

PWM在初始化時(shí)，需要兩個(gè)參數(shù)自主設(shè)定：
1.TIM_Period：=ARR 定時(shí)器周期，
  也就是當(dāng)計(jì)數(shù)器內(nèi)的值變化到該值時(shí)，相關(guān)事件標(biāo)志位。
2.TIM_Prescaler：定時(shí)器預(yù)分頻，
  時(shí)鐘源內(nèi)部時(shí)鐘經(jīng)過(guò)這個(gè)分頻處理才是定時(shí)器的時(shí)鐘

在通用定時(shí)器中，內(nèi)部時(shí)鐘72MHZ，所以定時(shí)器內(nèi)部時(shí)鐘
CLK = 72M / (TIM_Prescaler + 1) Hz
也就是計(jì)數(shù)器每1s該時(shí)鐘增加CLK次

然后計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)字變化成為TIM_Period后，結(jié)束。

For example:
if TIM_Prescaler = (7200 - 1)
 => CLK = 72M / 7200 = 10K
if TIM_Period = 5000-1 (from 0 to 5000 = 5000-1)

==>> 定時(shí)為0.5s(周期)的定時(shí)器(5000*(1/10KHz))

周期：$T=\frac{(TI{M}_{P}eriod+1)?(TI{M}_{P}rescaler+1)}{72M}$

在此給定的定時(shí)器之上，我們?cè)僬{(diào)用
function:TIM_SetComparex(TIMx,CCRx)

來(lái)看看波形：

首先了解一下兩個(gè)參數(shù)：
TIM_OCPolarity 和TIM_OCInitTypeDef.TIM_OCMode ：

2 .1 TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High,

高電位為有效電平。

2 .2 TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_low,

低電位為有效電平。

1 .1 若TIM_OCInitTypeDef.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1時(shí)：

在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平；
在向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平(OC1REF=0)，否則為有效電平

1 .2 若TIM_OCInitTypeDef.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2時(shí)：

在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平，否則為有效電平；
在向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平

這里我找到一個(gè)圖：顯然這里是
TIM_OCPolarity_High、TIM_OCMode_PWM2；
和
TIM_OCPolarity_low、TIM_OCMode_PWM1

初始為低電平，未到設(shè)定值時(shí)時(shí)低電平
這個(gè)圖很容易讓我們知道PWM的形成了，以及占空比的概念也很形象了。
占空比D = (t2 - t1)/t2 ,但這里我們并不能直接得到時(shí)間軸上的值，因此我們從比例相同的角度，用計(jì)數(shù)值來(lái)表示這個(gè)量。

$D=1?(CCR/(ARR+1)$
     ~~~~     

若采用High PWM1或Low 2,圖有所變化

$D=CCR/(ARR+1)$

D的作用：

很多人抓到PWM都知道，我靠控制占空比控制車速，但其實(shí)很多人都不知道為什么可以控制，都是似懂非懂罷了。
這里其實(shí)要從電機(jī)角度來(lái)，其實(shí)占空比最終的目的是改變電機(jī)的電樞電壓。
$V_l=V?D$
所以到底這個(gè)compare值和車速的數(shù)學(xué)表達(dá)式關(guān)系到底是什么很難確定，不同的電機(jī)、不同的環(huán)境都有影響，所以大家還是借助自己手上的電機(jī)實(shí)體進(jìn)行測(cè)試吧。。。

設(shè)計(jì)PID控制器

磨磨蹭蹭這么久，總算到了設(shè)計(jì)PID的時(shí)候，為了上面這一段PID真的是花了不少時(shí)間。。其實(shí)一開始就看手冊(cè)反倒不會(huì)這么麻煩，都怪我太相信博文了。。。

分析

我們來(lái)分析這個(gè)攝像頭傳感器的PID巡線：

err是什么：巡線為目標(biāo)，則軌跡下起點(diǎn)與圖像中線的距離可以作為err。

P控制器

$V=K_P?err(t)$

D控制器

$V$+=$K_D?(err[t]?err[t?1])$

I控制器

$ALLerr$+=err(t)$$
$V$+=$K_I?(ALLerr)$

最后的
TIM_sercmparex(TIMx,compare1)
TIM_sercmparey(TIMx,compare2)

compare1 = fixed + V
compare2 = fixed - V

具體實(shí)操

xxx-4.1
完成理論分析

4.1-

完成理論分析下一步我們就要開始實(shí)際設(shè)計(jì)編程了。

這里我們采用的是OV7725攝像頭作為傳感器。