前言

最初的接触是在2020跨入2021的寒假之中，偶然间发现；大生兴趣，但最终因种种原因（懒）没有深入尝试，近期因参与竞赛的相关需要，被平衡小车折磨了将近一个月左右，现写下一些困惑与心得，希望能与更多大佬交流解决问题。

一、调试过程

1.初步尝试

最开始拿到手时首先参考的是网上盛行的平衡之家的开源代码，可以说是平衡车控制调试里经典中的经典，现将其摘录如下

/**
  * @name   balance
  * @brief  直立环
  * @param
  *         Angle:陀螺仪当前角度值      Gyro:陀螺仪角速度值
  * @retval none
  * @attention 
  * 			1.机械中值为具体数值可能与当前所用平衡车不匹配需要根据情况进行修改；
  * 			2.Balance_Kp与Balance_Kd的数值同1。
*/
float Movement;
float Balance_Kp=120,Balance_Kd=2;
int last_bias=0;
int balance(float Angle,float Gyro)
{  
    float Bias;
	int balance;

	Bias=Angle-1.8f+Movement;	//Angle：陀螺仪当前角度；1，8f：机械中值；Movement：中值变量（改变中值使平衡车移动）
	balance=Balance_Kp*Bias-Gyro*Balance_Kd;	//Gyro：陀螺仪角速度
	last_bias=Bias;

	return balance;
}
/**
  * @name   velocity
  * @brief  速度环
  * @param none
  * @retval none
  * @attention 
  * 			1.不同平衡车的Left.m_real_v与Right.m_real_v（编码器返回左右轮速度值）的正负符号可能不同，需要根据具体情况测定修改
  * 			2.Velocity_Kp与Velocity_Ki值同1；
  * 			3.Velocity_Ki=Velocity_Kp/200.0f未必适用，需要多做尝试，由实际效果定夺。
*/
float Velocity_Kp=0.5f,Velocity_Ki=0.01;//PID参数
int velocity(void)
{  
	
	static float Velocity,Encoder_Least,Encoder;
	static float Encoder_Integral;
	Velocity_Ki=Velocity_Kp/200.0f;

	Encoder_Least =(Left.m_real_v+Right.m_real_v)-0;	//左右轮速度和，平衡时期望速度为零
	Encoder *= 0.8f;                                
	Encoder += Encoder_Least*0.2f;		//一阶低通滤波                      
	Encoder_Integral +=Encoder;		//积分
	Encoder_Integral=Encoder_Integral-Movement;		//附加控制输入   
	if(Encoder_Integral>100000)  	Encoder_Integral=100000;
	if(Encoder_Integral<-100000)	Encoder_Integral=-100000;	//积分限幅
	Velocity=Encoder*Velocity_Kp+Encoder_Integral*Velocity_Ki;	//PI输出
	return Velocity;
}

(1).存在的问题

1.因使用的陀螺仪存在一定零漂，且机械并未使其较好自平衡，导致单直立环的情况下无法稳定直立；
2.因使用的电机存在死区电流和空程，速度累加时，死区电流的影响使得在速度环输出过大时对整车稳定雪上加霜，过小时又十分鸡肋，多次调试终未能取得较好效果.

(2).解决思路

将直立环改为位置式PID，加入积分对其误差进行一定补偿，使其稳定直立

2.初步改进

将陀螺仪当前数据和中值差算作误差输入位置式PID计算，相关代码如下

float Balance_cal(float expect_angle)
{
    err=expect_angle-midangle;  //midangle:机械中值
	integral+=err;  //积分累加
    result=(kp*err+  \
              ki*integral+  \
              kd*(err-last_Err));  //PID输出
    last_Err=err;
	return result;
}