STM32平衡小车进阶调试（调参篇）

1. PID调参前的准备工作

调参前需要确保硬件和基础代码已经就绪。我遇到过不少同学直接开始调PID，结果发现是电机极性接反或者MPU6050数据异常导致的"假故障"。这里分享几个必查项：

• 机械中值校准：将小车放在绝对水平面上，用OLED显示MPU6050的俯仰角（Pitch），这个值就是机械中值。我的经验值是-3.2°，你的可能不同
• 电机极性测试：分别给左右电机正电压，观察车轮转向。正确的转向应该是：正电压对应车轮向前转（编码器值增加）
• 传感器数据验证：用串口打印以下数据：

  printf("Pitch:%.1f GyroY:%.1f EncL:%d EncR:%d\n", Pitch, gyroy, Read_Speed(2), Read_Speed(4));

  当车体前倾时，Pitch应增大，gyroY为正值；车轮向前时编码器值为正

注意：建议先用胶带固定小车，防止调试时突然失控摔倒。我当年第一个平衡车就是在调试时从桌上飞出去，电机轴都摔弯了...

2. 直立环调试（PD控制）

直立环是平衡车的核心，采用PD控制。公式很简单：

直立环输出 = Kp×角度偏差 + Kd×角速度

2.1 比例系数Kp调试

1. 初始值设定：根据经验，Kp初始值=车身重量(g)×车轮半径(cm)×0.3。我的小车重300g，轮径6.5cm，所以Kp=300×6.5×0.3≈600

2. 调试方法：

   • 先将Kd设为0
   • 手持小车倾斜10度左右突然放手
   • 观察现象：
     • Kp过小：小车缓慢倒下，像"慢动作"
     • Kp适中：小车快速回正但有轻微振荡（这是我们想要的）
     • Kp过大：剧烈振荡甚至"跳舞"

3. 实测技巧：用手机慢动作录像观察振荡次数。理想状态是2-3次振荡后稳定

2.2 微分系数Kd调试

Kd用于抑制振荡，相当于"阻尼力"。

1. 初始值：Kd=Kp/10。我的Kp=600，所以Kd初始值60

2. 调试现象：

   • Kd过小：小车持续摆动（欠阻尼）
   • Kd适中：快速稳定无振荡（临界阻尼）
   • Kd过大：反应迟钝像"老年痴呆"

3. 特殊技巧：用指尖轻敲车身，好的参数下小车应该像不倒翁一样快速回正

3. 速度环调试（PI控制）

速度环用于消除静态误差，防止小车缓慢移动。公式：

速度环输出 = Kp×速度偏差 + Ki×速度偏差积分

3.1 比例系数Kp调试

1. 初始值：Kp=直立环Kp×0.1。我的直立环Kp=600，所以速度环Kp=60
2. 调试方法：
   • 给小车一个轻微推力
   • 观察现象：
     • Kp过小：推力导致持续移动
     • Kp适中：移动1-2cm后停止
     • Kp过大：出现"抽搐"现象

3.2 积分系数Ki调试

Ki用于消除静态误差，但容易导致积分饱和。

1. 初始值：Ki=Kp/200。我的Kp=60，所以Ki=0.3
2. 调试技巧：
   • 在代码中加入积分限幅：

     if(Encoder_S > 10000) Encoder_S = 10000; if(Encoder_S < -10000) Encoder_S = -10000;

   • 观察长时间运行后小车是否出现"自发运动"

4. 转向环调试（P控制）

转向环相对简单，主要控制Z轴角速度：

转向环输出 = Kp×Z轴角速度

1. 初始值：Kp=直立环Kp×0.05。我的Kp=600，转向环Kp=30
2. 调试方法：
   • 手持小车悬空，手动旋转
   • 观察车轮转向是否与旋转方向相反（产生抵抗旋转的力）
   • 在地面测试时，好的参数下小车应该能保持直线行驶

5. 常见问题排查

5.1 小车单方向跑偏

可能原因：

1. 机械中值不准（重新校准）
2. 电机输出不对称（在Load函数中加入补偿值）
3. 地面不平（换个场地测试）

5.2 高频抖动

解决方案：

1. 降低Kd值（每次减5）
2. 检查MPU6050的DLPF设置（推荐配置为5Hz）

   MPU6050_SetDLPF(MPU6050_DLPF_BW_5);

5.3 响应迟钝

优化建议：

1. 提高控制频率（建议200-500Hz）
2. 检查MPU6050数据更新时间（DMP输出频率建议≥100Hz）

调试过程中建议保存多组参数备用。我的习惯是用Excel记录参数和现象：

最后分享一个实用技巧：用蓝牙模块实时调参。在代码中添加：

if(USART_RX_BUF[0]=='P') Vertical_Kp = atof(&USART_RX_BUF[1]);

这样通过手机串口APP发送"P550"就能实时修改Kp值