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平衡车 --- 测量减速比 M法、T法测速

ds 2025/9/5 12:13:58

🌈个人主页：羽晨同学

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我们这篇文章主要想要讲述的是测量减速比和M法测速

测量减速比

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// @简介： 读取左编码器的位置
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float App_Encoder_GetPos_L(void)
{return encoder_l /22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}
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// @简介： 读取右编码器的位置
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float App_Encoder_GetPos_R(void)
{return encoder_r/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}

M法测速

减速比为20.4，每圈线数为22，因为有11对级。

M法是适用于电机高转速的时候的，这是因为M是由电机的编码器测出来的，而时间是由单片机进行计时的，这两个之间是存在一定误差的，误差大小为1/M，所以当M越大时，误差是越小的，所以说M法测速适用于大转速的时候。

对于T法而言，T法是适用于低转速的时候的，T法测速的误差来源是单片机的计算的时间的误差，当本身测量的时间足够长的时候，也就是速度足够慢的时候，小于1微秒，相对于整段时间而言就是微不足道的，所以，这个时候的误差会小很多。

static float last_pos_l = 0;
static float last_pos_r = 0;
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// @简介： M法测速的测试代码
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void Encoder_M_Method_Test(void)
{App_Usart_Init();App_Encoder_Init();while(1){Delay(1);float pos_l = App_Encoder_GetPos_L();float pos_r = App_Encoder_GetPos_R();float M_l = pos_l - last_pos_l;float M_r = pos_r - last_pos_r;float omega_l = M_l/0.001f;float omega_r = M_r/0.001f;My_USART_Printf(USART2,"%f,%f\n",omega_l,omega_r);last_pos_l = pos_l;last_pos_r = pos_r;}
}

T法测速

首先，我们用direction来表示电机转动的方向

static volatile int8_t direction_l = 1;//左电机旋转方向，1 - 正转， -1 - 反转
static volatile int8_t direction_r = 1;//右电机旋转方向，1 - 正转， -1 - 反转

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// @简介：中断响应函数，右编码器的A相
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void EXTI3_IRQHandler(void)
{EXTI_ClearFlag(EXTI_Line3);uint8_t a = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_3);//A相当前电压uint8_t b = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_4);//B相当前电压if(a==Bit_SET)//上升沿{if(b==Bit_RESET){direction_r = 1;encoder_r++;}else{direction_r = -1;encoder_r--;}}else{if(b==Bit_RESET){direction_r = -1;encoder_r--;}else{direction_r = 1;encoder_r++;}}
}
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// @简介： 中断响应函数，左编码器的A相
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void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{if(EXTI_GetFlagStatus(EXTI_Line14)==Bit_SET){EXTI_ClearFlag(EXTI_Line14);uint8_t a = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14);//A相当前电压uint8_t b = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_15);//B相当前电压if(a==Bit_SET)//上升沿{if(b==Bit_RESET){direction_l = 1;encoder_l++;}else{direction_l = -1;encoder_l--;}}else{if(b==Bit_SET){direction_l = -1;encoder_l--;}else{direction_l = 1;encoder_l++;}}}
}

接下来，我们获取左右电机编码器的时间，从而用T法进行测速

static volatile int8_t t0_l = 0,t1_l = 0;//左编码器电机的时间
static volatile int8_t t0_r = 0,t1_r = 0;//右编码器电机的时间

然后，我们在中断函数中进行处理：

	t1_r = t0_r;t0_r = GetUs();

		t1_l = t0_l;t0_l = GetUs();

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// @简介： 获取左编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_L(void)
{return direction_l/((t1_l -t0_l)* 10.0e-6f)/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}
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// @简介： 获取右编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_R(void)
{return direction_r/((t1_l -t0_l)* 10.0e-6f)/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}

然后，我们对这个代码进行测试

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// @简介： T法测速的测试代码
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void Encoder_T_Method_Test(void)
{App_Usart_Init();App_Encoder_Init();while(1){Delay(1);float omega_l = App_Encoder_GetSpeed_L();float omega_r = App_Encoder_GetSpeed_R();My_USART_Printf(USART2,"%f,%f\n",omega_l,omega_r);}
}

T法测速改进

T法测速是存在问题的，比如：

1. 速度不归零

2. 换向波形异常

3. 偶尔出现毛刺

我们接下来，主要是要解决这三个问题。

解决方式，为我们应该设置一个新的now，记录当前时间，然后两者取最大时间，代码如下：

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// @简介： 获取左编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_L(void)
{uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_l - t1_l > now - t0_l){T = (t0_l - t1_l)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_l)*1.0e-6f;}return direction_l/T/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}
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// @简介： 获取右编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_R(void)
{uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_r - t1_r > now - t0_r){T = (t0_r - t1_r)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_r)*1.0e-6f;}return direction_r/T/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}

这样子的话，从串口助手中看，当静止不动的时候，速度就为0了

对于第二种情况

这样，我们对direction进行标记，我们就知道在哪个时候发生了换向，此时，我们直接让omega为0就好了。

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// @简介： 获取左编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_L(void)
{if(direction_l == 2 || direction_l ==-2) return 0;uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_l - t1_l > now - t0_l){T = (t0_l - t1_l)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_l)*1.0e-6f;}return direction_l / T / 22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}
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// @简介： 获取右编码器的速度
//
float App_Encoder_GetSpeed_R(void)
{if(direction_r == 2 || direction_r ==-2) return 0;uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_r - t1_r > now - t0_r){T = (t0_r - t1_r)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_r)*1.0e-6f;}return direction_r/T/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}

你看，这个时候，换向点的地方，就不会那么突兀了。

接下来，我们解决这个毛刺的问题：

这个是我们测速的代码，我们可以看到，检测到边沿的时候，会产生对应的中断。导致now和t1、t0的时间发生改变。

这样就导致了，上面图片中的现象，这个就是毛刺产生的原因。

所以，我们只要关闭这个中断就好了

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// @简介： 获取左编码器的速度
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float App_Encoder_GetSpeed_L(void)
{__disable_irq();//关闭单片机的总中断int8_t direction_cpy = direction_l;uint64_t t0_cpy = t0_l;uint64_t t1_cpy = t1_l;__enable_irq();//开启总中断if(direction_cpy == 2 || direction_cpy ==-2) return 0;uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_cpy - t1_cpy > now - t0_cpy){T = (t0_cpy - t1_cpy)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_cpy)*1.0e-6f;}return direction_cpy / T / 22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}
//
// @简介： 获取右编码器的速度
//
float App_Encoder_GetSpeed_R(void)
{__disable_irq();//关闭单片机的总中断int8_t direction_cpy = direction_r;uint64_t t0_cpy = t0_r;uint64_t t1_cpy = t1_r;__enable_irq();//开启总中断if(direction_cpy == 2 || direction_cpy ==-2) return 0;uint64_t now = GetUs();float T;if(t0_cpy - t1_cpy > now - t1_cpy){T = (t0_cpy - t1_cpy)*1.0e-6f;}else{T = (now - t0_cpy)*1.0e-6f;}return direction_cpy/T/22.0f/(30613.0f/1500.0f)*360.0f;
}

这样子的话，毛刺就没有了