代码收藏家 麦克纳姆轮PID控制原理
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前言
目前很多大学生比赛里面经常都会出现麦克娜姆轮，并且麦克娜姆轮在工业上也应用挺广泛，例如物流搬小车。下面是我玩麦克娜姆轮的一些经验总结，分享给大家。
一、什么是麦克纳姆轮
麦克纳姆轮是一种可以全向移动的全向轮，又叫麦轮，由轮毂和围绕轮毂的辊子组成，麦轮辊子轴线和轮毂轴线夹角成45度。在轮毂的轮缘上斜向分布着许多小轮子，即辊子，故轮子可以横向滑移。辊子是一种没有动力的小滚子，小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮子能够连续的向前滚动。由四个这种轮加以组合，可以使机构实现全方位移动的功能。麦克纳姆轮根据镜像关系分为A轮和B轮。
二、运动原理
1、四个轮子的正确组合如下图 。（顺便给四个轮子编个号）
麦克娜姆轮的运动可以看做三个基本运动的叠加。下面我们做个假设。单个轮子的合速度为V,左右平移速度记作Va,前进后退记作Vb,旋转记作Vc。（取向上为正方向）
下面红色箭头代表车轮的正反转（取向上为正方向）
2、向前运动
1、2、3、4轮都正转。小车前进，反之则正转
3、向右运动
1、3轮正转，2、4轮反转小车向右运动，反之则向左运动。
4、顺时针旋转
1、2轮正转，3、4轮反转小车顺时针原地旋转，反之则逆时针原地旋转。
根据上面的叠加可得下面公式：
三、pid控制
一、什么是pid？
PID,就是“比例、积分、微分”，是一种常见的控制算法。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
下面我们只介绍增量式PID（还有位置式pid）
公式如下：
参数介绍：
Kp：比例系数，反应调节速度。Kp越大，系统响应速度越快，Kp越小，响应速度越慢。Kp过大会产生震荡，使系统不稳定。
Ki：积分控制，消除系统余差。只有偏差不存在时，积分才会停止。
Kd：微分控制，减小系统震荡。
en:输入量。
en-i：上一次的输入量。
en-2：上上次的输入量。
调试方法：先调P，再调I,最后调D。最好结合波形图来调，下面推荐一个波形显示上位：https://blog.csdn.net/qq_53022278/article/details/120584545
二、什么是串级PID？
顾名思义就是两个PID串起来。一个pid的输出作为另一个PID的输入。
串级pid调试方法：先调内环，再调外环。先调P再调I，最后再调D.
三、麦克娜姆轮的控制思想
一、我们采用串级pid，位置作为外环，速度作为内环。通过外环PID算出四个轮子需要达到的速度，然后将速度作为内环的输入，使小车达到所需的速度。
下面是电磁循迹麦克娜姆轮部分控制代码
外环：
int direction_PD(int left_inductance,int right_inductance)
{
int new_direction,PWM_out;
//归一化
left_inductance=100*(left_inductance-left_min)/(left_max-left_min);
right_inductance=100*(right_inductance-right_min)/(right_max-right_min);
//位置函数,差比和算法
new_direction=100*(left_inductance-right_inductance)/(left_inductance+right_inductance);
//PD算法
PWM_out=kp_direction*new_direction+kd_direction*(new_direction-old_direction);
old_direction=new_direction;
return PWM_out;
}内环：
int speed1_PI(int encoder,int Target_Speed)
{
static int iError,lastError,PrevError,PWM;
iError=Target_Speed-encoder;
PWM+=kp_speed*(iError-lastError)+ki_speed*iError+kd_speed*(iError-2*lastError+PrevError);
PrevError=lastError;
lastError=iError;
return PWM;
}
总结
以上就我自己的学习总结，个人对pid调试的建议，PID调试需要多实践，多琢磨，调试多了自然就会了。
