一、智能车舵机控制

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

前言：
本文章主要是近期有关舵机知识的总结，将分别从舵机的控制原理，控制流程和代码实现流程几个方面作简要介绍，由于时间紧急，难免有疏漏错误之处，欢迎留言指正
一、舵机的控制原理：
我们本次智能车使用的舵机是通过PWM进行控制。而PWM几个重要的参数就是最大值，最小值和占空比。其中占空比决定了舵机的旋转角度，如下图所示：
不同的占空比控制不同的角度。而我们的目的就是通过摄像头和电感采集上来的数据（MiddleLine）通过算法来控制占空比（脉冲宽度），进而控制舵机的旋转角度。简单介绍了原理之后下面就开始介绍舵机的使用和控制。
二、舵机左右极值和中值参数设置：
使用舵机的第一步就是先对舵机进行调中，目的是使舵机左右自由度相同，从而是控制更加准确和方便，如果不调中，很容易出现舵机打死现象，轻则是车子无法正常转弯，重则烧坏舵机。调中方法：
1、调左极值：
使以下单个参数相同，观察舵机旋转角度，当左轮即将接触车子为最佳。
2、调中值：
方法同上。
3、调右极值：
方法同上。

位置：macro.h

//-------舵机pwm-------------------
#define STEER_MIN 9580 //左值9455
#define STEER_MID 9580 //中值9500
#define STEER_MAX 9580 //又值9580

注意：在调中的过程中，应尽量做到左右对称，如果左右不对称，可以采取以下几种方法：
（1）、调节舵机中值角度位置，尽量做到左右自由度对称
（2）、调节连接杆位置（推荐）
（3）、有的时候由于工艺的限制，会有部分偏差，只能通过其他硬件结构和软件设计进行弥补
二、哪里用到这些值：
1、角度控制
位置：control.c

void AngleControl(PID *pid_steer)
{ 
   
	float middle_line = getMiddleLine();
	if(middle_line > IMAGE_WIDTH)//中线偏差限幅
		middle_line = IMAGE_WIDTH;
	else if(middle_line < 0)
		middle_line = 0;
#if DIR == 0//左小右大
	steer_u = STEER_MID - PositionalPD(pid_steer, middle_line);
#elif DIR == 1
	steer_u = STEER_MID + PositionalPD(pid_steer, middle_line);
#endif
	
	//舵机脉宽平滑变化
	if(steer_u > STEER_MAX)
		steer_u = STEER_MAX;
	else if(steer_u < STEER_MIN)
		steer_u = STEER_MIN;
	setPWMWidth(steer_u);
}

uint8 cnt = 0;
uint8 flag = 0;

从这段代码可以看出，程序先通过函数getMiddleLine()获得中线，然后对中线进行了限幅，防止数值过大或过小损坏硬件。然后传递到 PositionalPD（）函数，该函数通过中线和PID结构体中的数值进行计算，最终得出一个误差数值（PD运算得出）output，然后与舵机中值做差，数值传给steer_u ，然后再函数setPWMWidth()函数中对steer_u做一次限幅，然后传递给函数cmt_pwm_duty（）就可以进行PWM的设置了，下面将对相关函数作简要介绍：
（1）、脉冲宽度设置：

void setPWMWidth(uint16 steer_u)
{ 
   
	if(steer_u > STEER_MAX) { 
   
		steer_u = STEER_MAX;
	} else if(steer_u < STEER_MIN) { 
   
		steer_u = STEER_MIN;
	}
        cmt_pwm_duty(steer_u/10); 
}

该函数看似是进行脉冲宽度设置，实质时进行限幅作用，真正进行脉宽设置的是cmt_pwm_duty（）函数。
（2）、cmt_pwm_duty（）函数：

void cmt_pwm_duty(uint16 duty)
{ 
   
    
    uint32 temp_high_num, temp_low_num;

    //计算高低电平的计数次数
    temp_low_num = (cmt_period*(CMT_PRECISON-duty)/CMT_PRECISON);
    temp_high_num = (cmt_period*(duty)/CMT_PRECISON);
    
    //设置低电平时间
    temp_low_num--;
    CMT->CMD1 = temp_low_num >> 8;
    CMT->CMD2 = (uint8)temp_low_num;
    
    //设置高电平时间
    CMT->CMD3 = temp_high_num >> 8;
    CMT->CMD4 = (uint8)temp_high_num;

}```
这里面有几个参数需要大家了解一下：
1、cmt_period ：一个周期计数的次数
		表达式：cmt_period = temp_clk/(temp_div+1)/freq;
		注意：这里用到了预分频的方法，就不多做介绍
		
2、CMT_PRECISON：占空比精度
3、duty:占空比

该函数的作用是进行占空比设置，用到了CMT模块，这里不做详细介绍。

（3）、PositionalPD（）函数：

//积分饱和，输出限幅
int16 PositionalPD(PID *pid, float sensor_val)//位置式pd
{ 
   
	float output = 0.0f;
	float error = 0.0f;
	
	float p_error = 0.0f;//当前误差项
	float d_error = 0.0f;//微分误差项
	
	error = pid->set_point - sensor_val;
	
	p_error	= error;
	d_error = error - pid->last_error;
	
	if(fabs(error) < 0.1f)
		output = 0.0f;
	else
		output = pid->K_p * p_error + pid->K_d * d_error;

	pid->last_error = error;
	return (int)output;
}

该函数的功能主要是根据摄像头和电感传回来的数据进行误差计算，用到了PID控制，算法不是很难，不做详细介绍。
4、 getMiddleLine（）函数：

float getMiddleLine(void)
{ 
   
	float inductor = getInductorMiddleLine();
	float camera = getCameraMiddleLine();
#if CAMERA==1
	float result = inductor * car_info.K_g + camera * (1 - car_info.K_g);
#else
        float result = inductor;
#endif
	car_info.mid_line_ = result;
	return result;
}

该函数的作用是获得中线，当有摄像头时取摄像头和电感的加权值，否则使用电感的数值，这也是为什么不用摄像头也能进行循迹的原因。
三、总结：
由次可以看出，舵机控制大致分以下几个步骤：
1、调中，就是调那三个数值
2、获得中线：getMiddleLine()，分两种情况，有摄像头和无摄像头
3、将获得的中线值和调中设置的值通过函数PositionalPD（）PID运算得出差值，并将结果传给steer_u
4、根据steer_u的数值，通过函数setPWMWidth（）进行限幅
5、限幅后将数值steer_u/10传给函数cmt_pwm_duty（）进行脉宽设置
以上就是舵机的大致控制流程，由于能力有限，难免有疏漏错误之处，欢迎留言指正，进行交流。由于本次主要是介绍舵机的有关控制，里面有很多细节没有做详细介绍，大家可以自己上网查阅相关资料进行了解。比赛是一个学习的过程，只有多动手，勤思考，才能有所收获，失败的经验比成功地经验更重要。