CN112511065B - 机器人启动加速运动中的pid调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开机器人启动加速运动中的PID调节方法，该PID调节方法适用于机器人执行加速运动，包括：步骤1、对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节，使得机器人的驱动轮的当前行走速度增大，进而缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；步骤2、根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，在前述步骤1的基础上增大机器人的驱动轮的当前行走速度，以缩小前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差。提高机器人加速行走过程中的顺畅程度。

Description

机器人启动加速运动中的PID调节方法

技术领域

本发明涉及机器人的驱动轮加速控制技术领域，特别是机器人启动加速运动中的PID调节方法。

背景技术

目前扫地机器人在加速运动过程中的速度控制存在一定的缺陷，例如，在机器人的驱动电机装置油门起步加速时，有时候PWM信号开环控制的速度的响应太快，容易出现扭动，速度波动过大会存在顿挫感，不仅影响对加速过程的精准控制，而且还会引起机器人驱动电机装置油门无法正常起步加速应用的问题。

发明内容

为了解决上述驱动轮油门正常启动加速的问题，本发明通过对当前行走速度和目标速度的差值按周期进行P调节、增量式PI调节以及开环调节，并基于前述调节结果改善机器人的加速行走的顺畅程度，具体的技术方案包括：

机器人启动加速运动中的PID调节方法，该PID调节方法适用于机器人执行加速运动，具体包括以下步骤：步骤1、对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节，使得机器人的驱动轮的当前行走速度增大，进而缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；步骤2、根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，在前述步骤1的基础上增大机器人的驱动轮的当前行走速度，以缩小前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差。

与现有技术相比，本技术方案基于机器人的驱动轮的加速行走过程中的速度变化情况，包括速度大小和速度方向变化情况，通过增量式PI调节去控制机器人的驱动轮的加速行走速度平稳增大至对应调节周期内的目标速度，实现机器人的驱动轮起步加速场景下能够让机器人的行走速度可控地增大到预先配置的目标速度，减少驱动轮存在的顿挫感，提高机器人加速行走过程中的顺畅程度和加速控制的精准度。

进一步地，在执行所述步骤2之后，还包括：步骤3、计数判断是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤，是则返回所述步骤2以维持进行所述增量式PI调节，直到机器人不执行加速运动为止；否则将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，再返回所述步骤1；其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。

本技术方案结合P调节、增量式PI调节以及开环调节的方式，分周期地控制机器人加速运动过程中的速度大小，保证机器人在加速行走过程中持久稳定，在限定的周期内不会出现较大的波动。

进一步地，所述对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节的方法包括：将机器人的驱动轮的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积与所述驱动轮最新获得的PWM信号占空比相加，以获得P调节输出的PWM信号占空比，其中，P调节输出的PWM信号占空比用于降低机器人的驱动轮的当前行走速度。在该技术方案中，仅使用P调节的方式去增大驱动轮的当前行走速度，从而加快PWM信号占空比调节的响应速度。

进一步地，所述根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式的方法包括：判断经过所述P调节增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是否缩小为系统允许误差，是则对最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比、增大后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积、增大后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与积分系数的乘积相加求和，以获得增量式PI调节输出的占空比；否则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比输出以供下一调节周期的P调节、增量式PI调节或低速开环调节使用；其中，所述系统允许误差是100tick/s，这个tick/s是用于码盘表示的速度单位。

与现有技术相比，该技术方案在机器人的驱动轮的加速变化过快（包括P调节过快）并接近当前调节周期下配置的目标速度时，把速度调节状态（前述反P调节）地切换为增量式PI调节状态，进入一种平稳的PI调节状态下进行减速的调节，能够有效地减少机器人的驱动轮加速行走过程中产生的顿挫感，并对有效地减少静差，更能适应短时间的变化而不受过去的速度误差的影响。

进一步地，在对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节之前，还包括：当增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是缩小为所述系统允许误差时，判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，是则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节更新最新获得的当前行走速度；否则使用前述的增量式PI调节，去继续调节增大最新调节获得的当前行走速度，以使调节增大后的当前行走速度不超过当前调节周期下配置的目标速度。与现有技术相比，本技术方案使用开环控制的方式解决码盘读数量程不够精准的问题，保证机器人能在低速调节的条件下根据码盘的读数加速行走。

进一步地，还包括：若当前调节周期下配置的目标速度小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述低速开环调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；若经过所述P调节降低的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。使得机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行加速运动。

进一步地，还包括：若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都低于预先配置的最小驱动速度，则按预设放大比例系数同时放大左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最低的一个目标速度更新预先配置的最小驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断；若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都大于预先配置的最大动速度，则按预设缩小比例系数同时缩小左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最大的一个目标速度更新预先配置的最大驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。从而在每一个调节周期进行PID调节之前对目标速度进行限速处理，以满足预期的左右驱动轮的调速效果。

进一步地，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的。实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制，进而结合前述技术方案在需要低速控制的场景下能柔和的控制机器行走，在需要速度快速变化的场合下能快速的响应使当前行走速度更快加速达到目标值。

附图说明

图1是本发明一实施例提供机器人加速运动状态下的PID调节方法的流程图。

图2是本发明又一实施例提供机器人加速状态下的PID调节方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

作为一种实施例，本发明实施例公开机器人启动加速运动中的PID调节方法，该PID调节方法适用于机器人执行加速运动，并由机器人内部设置的PID控制器控制驱动轮执行。如图1所示，具体包括：步骤S101、对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节，使得机器人的驱动轮的当前行走速度增大，进而缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；然后进入步骤S102。在步骤S101中，机器人接收到预先配置的固定的预期加速度（大小不变的加速度和方向不变的加速度）、用于加速的调节周期，然后机器人按照这个固定的预期加速度和调节周期计算出每一个调节周期所预期的目标速度，以此作为对应调节周期下的加速运动调节的依据。优选地，P调节的比例系数是正值，用于增大机器人的驱动轮的当前行走速度，以减轻速度差值的异常情况的影响。

步骤S102、根据前述步骤S101调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤S101调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，即根据前述步骤S101调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节或低速开环调节，以减少前述步骤S101调节的当前行走速度在调节过程中存在的噪声干扰，并在前述步骤S101的基础上增大机器人的驱动轮的当前行走速度，较为稳定地补偿减小后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差。然后进入步骤S103。

具体地，本实施例采用增量式PI调节对驱动轮的当前行走速度进行调节，以补偿当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差，特别是机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差是缩小为系统允许误差时，即机器人的驱动轮的行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度时，机器人切换到平稳的增量式PI调节，当速度差越大，当前调节周期下的增量式PI调节的补偿量越大，以便于稳定地将机器人的驱动轮的行走速度增大至当前调节周期下配置的目标速度，相对于PID调节，本实施例在机器人的驱动轮的当前行走速度比较接近当前调节周期下配置的目标速度的情况下没有引入微分调节环节，因为微分调节环节会延长调节时间，对整个PID调节的速度响应的改善优化作用有限，而且微分调节环节相对于PI调节环节更容易收到细微噪声的影响。因此，本实施例通过增量式PI调节更能实现短时间的变化而不受过去的影响，保证机器人的启动加速的稳定性。

值得注意的是，调节过的速度变化量传输到驱动层后，控制机器人的驱动轮从当前行走速度开始按照当前调节周期下调节出的速度变化量做加速运动。

需要说明的是，在本实施例中，机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差没有缩小为系统允许误差时，在机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度不是比较接近的情况下，不进入增量式PI调节，因为本实施例公开的增量式PI调节是用于机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差比较小的情况下进行平稳的调节的，有利于消除静差和克服部分噪声的干扰。

步骤S103、判断是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤（最后一个调节周期内执行前述步骤S101和前述步骤S102），是则进入步骤S105，否则进入步骤S104。在一些实施加速运动的场景中，若在步骤S102中判断到前述步骤S101调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差不是缩小为系统允许误差时，若在步骤S1O3中判断到还没有按照前述步骤完成最后一个调节周期的速度调节操作，则可以进入下一调节周期继续新的一次速度调节，实现稳定地将机器人的驱动轮的行走速度增大拉近至所述最终目标速度。其中，这个预先配置的最终目标速度是机器人的驱动轮所处的加速运动状态是相关联的，当机器人的驱动轮处于启动加速状态时，这个预先配置的最终目标速度是比机器人的驱动轮的初始PWM信号占空比控制输出的初始速度大的，不是接近0的。

步骤S105、判断机器人是否保持执行加速运动，是则返回步骤S102，否则结束机器人在当前的加速运动模式下的速度调节操作。

具体地，在步骤S102中完成相对应的速度调节后，步骤S103计数判断到已经完成最后一个调节周期，在最后一个调节周期内，若通过上一个调节周期调节更新的机器人的驱动轮的行走速度已经增大接近所述最终目标速度（两者速度差缩小为系统允许误差），则继续在步骤S102中执行增量式PI调节，然后再从步骤S105返回到步骤S102中选择执行增量式PI调节，此时，返回步骤S102继续保持增量式PI调节后，而不用理会调节周期或者是调节时间的长短问题，直到机器人在当前的加速运动模式下的速度调节操作结束。原因在于：虽然机器人的驱动轮的当前行走速度增大到本实施例所预期的速度，但是还是存在阻力、噪声干扰、静差等因素，仍需保持PID调节以维持稳定的加速行走状态。然后，当机器人接收到下一个不同类型的运动行为的最终目标速度的控制指令时，机器人的驱动轮所处的速度变化状态发生改变，可能是由加速运动切换为减速运动。

因此，前述步骤通过分周期调节机器人的驱动轮的当前行走速度依次增大达到对应的目标速度，减少机器人行走过程中的顿挫感。因而，实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的；其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。具体地，首先求取预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度的乘积，作为调节周期内的固定速度变化量；然后求取所述最终目标速度与这个固定速度变化量的比值，作为所述调节周期的个数。

步骤S104、将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，然后返回步骤S101。在步骤S104中，机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度是被增量式PI调节更新为新的行走速度，用于在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较以完成新的增量式PI调节；当然机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度也可以是没有被增量式PI调节更新过的，需要在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较，判断是否可以通过增量式PI调节来稳定地补偿机器人的行走速度与下一调节周期下配置的目标速度的速度差，以实现调节降低后的行走速度稳定地接近于下一调节周期下配置的目标速度、或落入下一调节周期下配置的目标速度的临界误差范围内，并保证这一过程中产生的静差得以消除，产生的噪声干扰也得到合理的调节。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的，因为本实施例的机器人执行的是加速运动，所以下一调节周期下配置的目标速度是保持比当前调节周期下配置的目标速度大。

需要说明的是，在重复上述步骤S101至步骤S105的过程中，无论切换到哪一种速度变化状态下，本实施例进行增量式PI调节后将当前调节周期下达到的PWM信号占空比更新为下一调节周期下所需达到的PWM信号占空比，用于控制机器人的驱动轮的刹车减速行走的变化状态，因为增量式PI调节实际上是基于机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差，配置比例系数和积分系数进行乘积求和运算得到占空比信号，其中，比例系数和积分系数可能都是负值。其中，PWM信号占空比采用的是1024级控制占空比，使得速度的处理更加的精细。

在本实施例中，机器人的驱动轮的当前行走速度以及调节后的行走速度都是由机器人的驱动轮内部的码盘读取换算出来的。机器人是通过码盘取获取当前速度的，所以在对所述目标速度做处理之前需要把所述目标速度按照码盘比进行单位的转换，把速度的单位mm/s转换为tick/s，同理对预期加速度的单位作为相应的调整变化。同时， 驱动轮的调节周期优选为10ms，作为机器人的运动控制周期，对应测试读取显示出来的机器人实际运动速度也是比较流畅的。

与现有技术相比，本实施例基于机器人的驱动轮的加速行走过程中的速度变化情况，包括速度大小和速度方向变化情况，通过增量式PI调节去控制机器人的驱动轮的加速行走速度平稳增大至对应调节周期内的目标速度，实现机器人的驱动轮起步加速场景下能够让机器人的行走速度可控地增大到预先配置的目标速度，减少驱动轮存在的顿挫感，提高机器人加速行走过程中的顺畅程度和加速控制的精准度。

作为另一种实施例，即加速运动的实施场景中，提供机器人启动加速运动中的PID调节方法，具体如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S201、在机器人启动运动时，对驱动轮配置初始PWM信号占空比、最终目标速度、固定的预期加速度和调节周期，此时机器人按照这个固定的预期加速度和调节周期计算出每一个调节周期所预期的目标速度，以此作为对应调节周期下执行PID调节的判断依据，由于机器人当前的运动行为是处于加速运动模式下，所以在对应的调节周期内的加速度方向、速度变化量的方向不会发生改变；然后进入步骤S202。具体地，在机器人启动加速运动时，分别对左驱动轮和机器人的右驱动轮配置相匹配的初始PWM信号占空比以便于机器人从静止状态开始启动加速运动；其中，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮；该步骤为防止机器人开始启动时会扭动，则从0状态启动时直接给驱动轮输送默认的占空比，既可以减少在启动时P调节的时间，又确保了左驱动轮和右驱动轮的一致性。

需要说明的是，左右驱动轮内的码盘单位采样时间内的实时脉冲计数可以得出实时左右驱动轮的速度值，左右驱动轮的脉冲计数，经过码盘计算与速度的转换公式(该转换公式可为本领域人员常用技术，也可为本申请人研究出的成果)得到机器人在当前运动行为下的整体速度，该整体速度为左右驱动轮的平均值)。其中，码盘比在是机器人外部的客户端根据机器人实际运动情况配置的。

步骤S202、根据驱动轮的码盘读数确定出机器人处于加速运动状态下。然后进入步骤S203。此时，机器人可能是启动油门，开始加速运动，包括但不限于正向加速和反向加速。

步骤S203、当由步骤S202确定出机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行加速运动时，对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节，让P调节输出的PWM信号占空比调节增大所述驱动轮的当前行走速度，以缩小驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差。然后进入步骤S204。步骤S203在机器人执行加速运动的过程中，通过P调节来让所述驱动轮的当前行走速度快速响应更新，增强机器人对行走环境的敏感程度，防止超调和振荡。从而在机器人刚启动加速这一低速控制的场景下能柔和的控制机器行走。因此，本实施例实现根据所述驱动轮所处的速度状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节，提高所述驱动轮按照PWM信号占空比行走的响应速度，减少机器人在实际启动（包括启动加速运动）所需调节的时间。

需要说明的是，所述P调节的方法包括：将机器人的驱动轮在当前调节周期内的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积与所述驱动轮最新获得的PWM信号占空比相加，以获得P调节输出的PWM信号占空比，其中，P调节输出的PWM信号占空比用于控制增大机器人的驱动轮的当前行走速度。本实施例仅使用P调节的方式去改变更新驱动轮的当前行走速度，从而加快PWM信号占空比调节的响应速度。

步骤S204、判断步骤S203调节增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是否缩小为所述系统允许误差，是则进入步骤S205，否则进入步骤S208。步骤S204视为：步骤S203更新增大后的当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度时进入步骤S205，否则进入步骤S208。优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。

因此通过设置所述系统允许误差来检测并触发加速过大的驱动轮的行走速度，避免步骤S203更新增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值变得过大，减少顿挫感，保证PID调节加速运动的效果最佳。

步骤S205、判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被读取的最低速度值，是则进入步骤S207，否则进入步骤S206。

步骤S207、将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比（步骤S203调节更新过的）更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节步骤S203调节更新过的PWM信号占空比，间接控制更新经过所述P调节更新后的当前行走速度，使用开环控制的方式解决码盘读数量程不够精准的问题，可以是按照低速开环系数增大所述目标速度，使得与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是缩小为所述系统允许误差的当前行走速度能够在码盘上被正常读取，保证机器人在刚启动加速的场景下的速度数据能被码盘读取，并根据对应的读数正常加速行走。然后进入步骤S208。

步骤S206、使用增量式PI调节的方式，去调节增大前述步骤S203更新增大过的当前行走速度，从而实现：根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节，然后进入步骤S208。具体地，所述增量式PI调节包括：对最新调节过（步骤S203的P调节增大过）的机器人的驱动轮的PWM信号占空比、步骤S203更新后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积、步骤S203增大后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与积分系数的乘积相加求和，以获得增量式PI调节输出的占空比，与现有技术相比，本实施例在机器人的驱动轮的行走速度的变化过快（包括P调节过快）并增大接近当前调节周期下配置的目标速度时，把速度调节状态（前述P调节）地切换为增量式PI调节状态，进入一种平稳的PI调节状态下进行稳定的加速调节，能够有效地减少机器人的驱动轮启动加速行走过程中产生的顿挫感，并对有效地减少静差，更能适应短时间的变化而不受过去的速度误差的影响。

因此，在本实施例中，所述驱动轮从0开始加速启动，由于机器人一开始不动，所以被配置初始占空比以促进机器人顺利启动，然后在所述增量式PI调节的过程中， 机器人的驱动轮的PWM信号占空比一直增加，若机器人的加油门信号很小并且外部处于大阻尼负载情况下，机器人的驱动轮也加大力矩输出，让驱动轮可以平稳起步，使得下一调节周期内经过前述的增量式PI调节输出的PWM信号占空比保持大于当前调节周期内经过调节输出的PWM信号占空比，而且是随着调节周期的先后到来，增量式PI调节输出的PWM信号占空比保持平稳地增加，也使得机器人的速度一直朝着同一运动方向增加。

步骤S208、判断当前是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤，是则进入步骤S209，否则进入步骤S210。

步骤S209、判断机器人是否保持执行加速运动，是则结束当前运动行为下的行走速度调节方法，并等待切换到下一个不同类型的运动行为（比如减速运动）的最终目标速度的控制指令；否则返回步骤S205，此时视为已经将机器人的驱动轮的行走速度稳定地调节至最终目标速度，但仍然需要重新返回步骤S205，通过执行增量式PI调节或所述低速开环调节来保证机器人的驱动轮的当前行走速度稳定地维持在本实施例所预期的速度的附近，防止速度不出现较大的波动。

步骤S210、将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，然后返回步骤S203。需要说明的是，在本实施例中，可以将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比输出以供下一调节周期的P调节和增量式PI调节使用。

通过执行步骤S210，机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度是先后经过P调节和增量式PI调节更新为新的行走速度，用于在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较以完成新的增量式PID调节；当然机器人的驱动轮在当前调节周期下的经过P调节过的行走速度也可以是没有被增量式PI调节更新过的，需要在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较，判断是否可以通过增量式PI调节来稳定地补偿经过P调节过的机器人的行走速度与下一调节周期下配置的目标速度的速度差，以实现调节后的行走速度稳定地增大以至于接近下一调节周期下配置的目标速度、或落入下一调节周期下配置的目标速度的临界误差范围内，并保证这一过程中产生的静差得以消除，产生的噪声干扰也得到合理的调节。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的，下一调节周期下配置的目标速度是比当前调节周期下配置的目标速度大。因此，本实施例根据划分出的每个周期的目标速度，实现启动状态下的速度变化快慢的控制，特别是在刚刚启动运动的场景下（速度发生较大的变化）能快速地响应使实际行走速度更快地增大接近目标速度，在当前行走速度加速至接近目标速度时，柔和的控制机器人加速行走。

优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。这一系统允许误差也充分考虑机器人在变速运动过程中所受到的阻力影响。

在步骤S208之前还包括执行以下步骤：经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不是缩小为所述系统允许误差时，将步骤S203的P调节更新后的PWM信号占空比直接下发到机器人的更底层的程序，即把步骤S203的P调节更新后的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层，实现机器人的行走速度的加速控制；若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；若经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值没有缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。从而实现控制机器人按照前述调节输出的PWM信号占空比执行加速运动，这正是本实施例的机器人从启动开始执行加速运动的触发控制机制，也是机器人按照前述PID调节方式输出的PWM信号占空比在不同调节周期内执行稳定的加速运动的触发控制机制，使得机器人的驱动轮从当前行走速度开始按照当前调节周期下的PWM信号占空比调节出的速度变化量做变速运动。

在前述三个实施例的基础上，还包括对所述目标速度的限制处理，具体为：若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都低于预先配置的最小驱动速度，则按预设放大比例系数同时放大左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最低的一个目标速度更新预先配置的最小驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都大于预先配置的最大动速度，则按预设缩小比例系数同时缩小左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最大的一个目标速度更新预先配置的最大驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。从而在每一个调节周期进行PID调节之前对目标速度进行限速处理，以满足预期的左右驱动轮的调速效果。

在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的；其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制，进而结合前述三个实施例在需要低速控制的场景下能柔和的控制机器加速行走，在需要速度快速增大的场合下能快速的响应使实际速度更快增大达到目标速度值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.机器人启动加速运动中的PID调节方法，其特征在于，该PID调节方法适用于机器人执行加速运动，具体包括以下步骤：

步骤1、对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节，使得机器人的驱动轮的当前行走速度增大，进而缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；

步骤2、根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，在前述步骤1的基础上增大机器人的驱动轮的当前行走速度，以缩小前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；

在对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节之前，还包括：

当增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是缩小为系统允许误差时，判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，是则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节更新最新获得的当前行走速度；否则使用增量式PI调节，去继续调节增大最新调节获得的当前行走速度，以使调节增大后的当前行走速度不超过当前调节周期下配置的目标速度。

2.根据权利要求1所述PID调节方法，其特征在于，在执行所述步骤2之后，还包括：

步骤3、计数判断是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤，是则返回所述步骤2以维持进行所述增量式PI调节，直到机器人不执行加速运动为止；否则将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，再返回所述步骤1；

其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。

3.根据权利要求2所述PID调节方法，其特征在于，所述对机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值进行P调节的方法包括：

将机器人的驱动轮的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积与所述驱动轮最新获得的PWM信号占空比相加，以获得P调节输出的PWM信号占空比，其中，P调节输出的PWM信号占空比用于增大机器人的驱动轮的当前行走速度。

4.根据权利要求3所述PID调节方法，其特征在于，所述根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式的方法包括：

判断经过所述P调节增大后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是否缩小为系统允许误差，是则对最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比、增大后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积、增大后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与积分系数的乘积相加求和，以获得增量式PI调节输出的占空比；否则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比输出以供下一调节周期的P调节、增量式PI调节或低速开环调节使用；

其中，所述系统允许误差是100tick/s，这个tick/s是用于码盘表示的速度单位。

5.根据权利要求4所述PID调节方法，其特征在于，在所述步骤2和所述步骤3之间，还包括：

若当前调节周期下配置的目标速度小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述低速开环调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；

若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；

若经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值没有缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。

6.根据权利要求5所述PID调节方法，其特征在于，还包括：

若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都低于预先配置的最小驱动速度，则按预设放大比例系数同时放大左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最低的一个目标速度更新预先配置的最小驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断；

若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都大于预先配置的最大驱动速度，则按预设缩小比例系数同时缩小左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从缩小后的左驱动轮的目标速度和缩小后的右驱动轮的目标速度中选择最大的一个目标速度更新预先配置的最大驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。

7.根据权利要求6所述PID调节方法，其特征在于，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的。

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