Вопрос или проблема
При реализации PID-контроллера для транспортного средства с управляемыми колесами, я могу достичь постоянной линейной скорости, используя PID, но когда угловая скорость добавляется в уравнение со своим собственным PID, мои результаты не хорошие. Какова формула для комбинирования линейной и угловой скорости автомобиля?
Формула, которую я использую для расчетов:
V_левое_колесо = V_впереди - угловая_скорость * d/2
V_правое_колесо = V_впереди + угловая_скорость * d/2
Где d – расстояние между колесами, угловая_скорость – целевая угловая скорость, а V впереди – этоForward velocity of the vehicle. Эта формула не работает. Я пробовал множество комбинаций PID, где у меня есть PID для угловой скорости, скорости колес – скорость впереди автомобиля и т. д. Есть ли какая-то другая формула, которую я могу использовать, так как мне кажется, что формула ограничивает меня. Я нахожусь в симуляционном окружении, где у меня есть доступ к текущим скоростям автомобиля и для управления скоростью я применяю крутящий момент к каждому колесу независимо.
Ответ или решение
Контроллер PID для линейной и угловой скорости транспортного средства с использованием крутящего момента на колесах
При разработке системы управления для транспортного средства с приводом по типу skid-steer (с одновременной блокировкой колес одной стороны) применение контроллера PID (пропорционально-интегрально-дифференциального) становится ключевым этапом. Учитывая, что в вашем случае достижение постоянной линейной скорости с помощью контроллера PID осуществляется успешно, а проблемы начинают возникать с добавлением угловой скорости, рассмотрим корректный подход к интеграции этих двух параметров.
Формулировка проблемы
На данный момент вы используете следующую формулу для расчета скоростей каждого колеса:
V_left_wheel = V_forward - yaw_rate * d/2
V_right_wheel = V_forward + yaw_rate * d/2где:
- V_forward – линейная скорость транспортного средства,
- yaw_rate – целевая угловая скорость,
- d – расстояние между колесами.
Хотя эта формула является базовой моделью для управления углом поворота, она может не учитывать все аспекты динамики вашего транспортного средства. Проблемы могут возникнуть из-за инерции, асинхронности на колесах или других факторов, влияющих на динамику движения.
Новый подход к контролю
-
Разделение контроля: Один из подходов – это разделение управления линейной и угловой скоростью. Ваша задача – настроить два PID-контроллера: один для линейной скорости (V_forward) и другой для угловой скорости (yaw_rate). Необходимо обеспечить, чтобы вмешательство одного контроллера не препятствовало другому.
-
Комбинированная система управления:
- Вы можете предложить использование внешней системы управления, которая будет модифицировать целевую линейную скорость в зависимости от необходимого поворота.
- Например, при увеличении угла поворота задайте временное уменьшение линейной скорости, чтобы компенсировать недостаточную реакцию на изменяющуюся угловую скорость.
-
Улучшенная формула: Рекомендуется рассмотреть следующую модификацию ваших формул:
V_left_wheel = V_forward * (1 - K * yaw_rate * d / (2 * V_forward))
V_right_wheel = V_forward * (1 + K * yaw_rate * d / (2 * V_forward))где K – корректировочный коэффициент (например, 1 для линейного управления), который регулирует влияние угловой скорости на линейную скорость. Это позволяет лучше управлять динамикой транспортного средства, особенно при маневрировании.
Оценка производительности
-
Тестирование в симуляционной среде: Реализуйте указанные изменения в вашей симуляционной среде. Запустите тесты в разных режимах работы для оценки стабильности PID-контроллеров как для линейной, так и для угловой скорости.
-
Анализ результатов: Обратите особое внимание на время реакции и стабильность системы. Убедитесь, что значение крутящего момента на каждом из колес адекватно регулируется в зависимости от вычисленной скорости.
-
Итеративная настройка: Потратьте время на итеративную настройку как коэффициентов PID, так и корректировочного коэффициента K. Это позволит достичь лучшего взаимодействия между линейной и угловой скоростью.
Заключение
Эффективная интеграция линейной и угловой скорости в управлении транспортным средством с приводом типа skid-steer – это сложный задача, требующая тщательной настройки контроллера PID. Используя предложенные формулы и подходы, вы сможете улучшить реакцию вашей системы управления. Важно помнить, что каждая система уникальна, и оптимизация требует терпения и последовательных тестов.