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电控基础

电机选型

伺服电机

组成部分：1. 电机 2. 驱动器 3. 编码器

优缺点：

  1. 精度高，伺服电机可以通过编码器来时实现速度环和位置环的闭环控制。
  2. 动力强劲，能够承受短时间的过载，获取两到三倍的力矩，能够做到高转速和高力矩。
  3. 贵。

功率计算公式： $$ 功率 = 转矩 * 转速 / 9550 $$ 公式推导：伺服的电机转矩、功率、转速、电压、电流换算公式_伺服电机功率转矩 - CSDN 博客

伺服电机

PS. 一般用电机前法兰的宽度来表示电机的大小。

步进电机

组成部分：1. 驱动器 2. 电机

概述：线圈中电流方向切换一次就前进一个角度（步进角） ，速度（大概在 1000rpm）和精度都不如伺服电机，但是便宜。步进电机没有编码器，通过步进角来测算位置（一般有两相 1.8°，三相 1.2°，五相 0.72°）会有低频振动（在 100rpm 左右时），所以一般的应用区间就是在 300 到 600 转左右。步进电机转速越快由于楞次定律电流会下降，所以功率不稳定所以选型上不标注功率，只标注静态力矩（随速度增大而减小），想要知道对应转速的力矩可以通过查看产品数据手册矩频特性曲线得知。同等体积下步进电机的静态力矩大一些，但是转速上来之后就不好说了。

优缺点：

  1. 精度较差
  2. 转速较低
  3. 便宜

航模电机

概述：常见的航模电机上面都标有主要参数，例如 "2212" 电机 ，即线圈（定子）直径为 22mm，高度为 12mm。线圈越宽力矩越大，越窄越高越灵敏。

KV 值：是指电压每升高 1V 电机增加的转速。空心杯电机，电机转速非常快可以达到万转，但是力矩较小。

优缺点：

  1. 转速很快
  2. 扭矩小

PID 调参

PID 控制器是一种常见的控制算法，用于调节系统的输出，使其达到设定值。PID 控制器由三个参数组成：比例（Kp）、积分（Ki）和微分（Kd）。这些参数分别对应于控制器的比例、积分和微分作用。

比例（Kp）

比例参数 Kp 决定了控制器对误差的响应速度。Kp 越大，控制器对误差的反应越快，但也可能导致系统不稳定。比例控制的作用是根据当前误差调整输出，使系统迅速接近设定值。例如：

out_speed = Kp * err

在这个公式中，err 是当前误差，out_speed 是控制器的输出速度。通过调整 Kp，可以改变系统的响应速度和稳定性。

积分（Ki）

积分参数 Ki 用于消除系统的稳态误差。积分控制通过对误差进行累积，使系统在长时间内达到设定值。积分控制的作用是根据误差的累积值调整输出。例如：

Integral_bias += err

out_speed = Kp * err + Ki * Integral_bias

在这个公式中，Integral_bias 是误差的累积值。通过调整 Ki，可以减小系统的稳态误差，但也可能导致系统超调。

微分（Kd）

微分参数 Kd 用于减小系统的超调量和振荡。微分控制通过对误差的变化率进行调整，使系统更加稳定。微分控制的作用是根据误差的变化率调整输出。例如：

out_speed = Kp * err + Kd * (err - last_err)

在这个公式中，last_err 是上一次的误差。通过调整 Kd，可以提高系统的稳定性和响应速度。

调参经验

在实际应用中，调节 PID 参数需要一定的经验和技巧。一般来说，可以按照以下步骤进行调参：

将 Ki 和 Kd 设为 0，逐步增加 Kp，直到系统出现振荡，然后将 Kp 减小到振荡消失。增加 Kd，直到系统的超调量和振荡减小。增加 Ki，直到系统的稳态误差减小。

通过不断调整 Kp、Ki 和 Kd，可以找到最优的参数组合，使系统达到最佳的控制效果。

效果图如下：

PID

1: PID 参数解析 + 调参经验笔记（经验法） 2: [PID 算法原理 一图看懂 PID 的三个参数](

底盘选轮

全向轮

讲解博客：机器人常见底盘运动学分析

优缺点：

  1. 便宜，灵活
  2. 底盘灵敏度较低，会打滑
  3. 适合三角底盘，空间利用率高

示意图：

全向轮

麦轮

讲解视频：麦克纳姆轮工作原理

优缺点：

  1. 解算简单，适合方形底盘
  2. 能量利用效率低下
  3. 不耐磨，对场地平整度要求高
  4. 不能承受较大负载

示意图：

麦轮

舵轮

概述：一个舵轮需要两个电机驱动，一个为转向电机控制驱动轮的方向，另一个为驱动电机为驱动轮提供动力 。

优缺点：

  1. 具有更好的灵敏度和承重能力。
  2. 成本高，需要两个电机。
  3. 运动解算复杂。

解析博客：舵轮运动学分析

舵轮

锂电池

讲解视频：锂电池基础知识

相关常识

  1. 工作电压：有负载时正负极之间的电压，放电速率越高，工作电压越低。

  2. 截止电压：规定的最低充电电压和放电电压。

  3. 标称电压：锂电池电压会随着电池电量的降低而降低，电压与电量并非一次函数的关系。因此标称电压为电池在冲满状态下，从开始放电到放电截至时的平均输出电压，常见的为 3.7V，

  4. 电池放电倍率：即 C 值，1C 表示一小时充满电池理论容量的电流密度，C 数越大表示电池的充放电能力越强
  5. 电池串并联：电池上标注 2s3p 或者 6s4p 表示电池电芯的串并联方式，2S3P 中 S 表示串联，P 表示并联，2 表示两个电芯串联，3 表示并联三排，总共就是 6 个电芯通过串联和并联组成的电池。电池串联时内阻大的电池更容易过放，电池老化后内阻会增大，放电深度越大内阻也会增大，因此电池串联时最好选择同一批次的电阻。

放电倍率（C 值）：

$$ 放电倍率 = 充放电流 / 额定容量 $$ 锂电池常见种类：

锂电池种类