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简介

在平衡小车的PID中，分为三种PID，分别是直立环、速度环、转向环。任何一个PID最终计算出来的都是电机PWM，都是需要赋值给电机的。环环嵌套，得出电机的最终控制PWM。

什么是机械中值

通俗讲，小车在不接受任何外力或者电机作用，能够找到一个角度自我平衡。如何理解这句话：很简单，小车电机不转动，人的手扶着小车，小车总能找到一个角度，自我短期平衡。此时的角度就是机械中值。

直立环PID

在直立环中，PID的入口参数为：平衡小车的姿态角和姿态角对应的角速度。值得说明，MPU6050得出来的姿态角有三种：PITCH（俯仰角）、ROLL（翻滚角）、YAW（航向角）一般来说，MPU6050都是平方且平行装在平衡小车上，总不会有人垂直装吧。如果平放且平行安装，那么直立环PID的入口参数为：Pitch或roll。直立环中。

Vertical_Kp为直立环的P

Vertical_Kd为直立环的D

Med为传入的机械中值

直立环P极性的确定

极性也就是P到底是给正数，也是负数。直接给kp正负值，然后观察现象：

正常出现的现象是负反馈，小车往哪边倒，电机转动使得小车往要倒的方向去追。小车有站起来的意图，这种现象是对的！

如果出现正反馈，车往哪边倒，电机转动使得小车加速倒下。这种现象是不对的！

最后，直立环的Kp、Kd参数调完后，同时乘0.6(经验值)。

直立环 P 范围确定

需要先确定PWM的范围，例如，定时器最大的PWM为7200，此时占空比为100%，电机应该是全速运行。如果小车需要直立，摆幅，差不多就要≤10°。如果超过此范围，

小车抖动较为厉害根据直立环的程序：

PWM_out=Vertical_Kp*(Angle-Med)+Vertical_Kd*gyro_Y;

由于PWM最大是7200，角度在10°，反推可以得到:直立环的P可选范围应该在0~700。

当然这只是个大致的范围，具体多少还需要进一步调试。

直立环P 大小确定

慢慢试错，从小到大，响应慢慢加快也就是小车倒下后恢复直立的时间越来越短，直到小车出现大幅度的低频抖动！此时的P可以确定。

直立环 D 极性确定

D的极性较为好确定，设Kp为0，Kd给正负值，分别去试，看效果：

当拿起小车进行旋转时，小车的轮子应该是小车旋转方向相同，此时说明极性是对的！

如果小车的轮子转动和小车的转动方向不相同，说明此时极性是反的！

直立环D 大小确定

D的大小，需要联合P去调试，在P调好的基础上，加入D，从小到大慢慢去试，从程序PD可以看到，D对应的是角速度，由于角速度都是四位数以上的数值，所以可以从0.1开始试。一直到小车出现高频的剧烈抖动。

需要说明的是，如果小车各方面机械机构都分布较为均匀，重量分布较好，重心较低，小车靠单纯的直立环能够暂稳。但一般来说，没有谁的小车机械结构做的很好。所以说，单纯靠直立环是无法将小车站稳的。需要再加入速度环。

单纯的直立环能使小车站稳 5s 就说明调的很好了！

速度环

速度环中，采用PI控制，积分控制和比例控制有一定的比例关系。这里可以确定为200倍关系，没有为什么。市面上二轮平衡小车已经非常普遍，他们的程序速度环Kp和Ki就是200倍关系。

速度环的入口参数是小车的2个电机编码器数值，也就是测速！

速度环 P 极性确定：

确定P的极性，需要关闭前面的直立环（改成0），也就是说整个系统的控制参数只能有速度环的P。

只靠直立环控制小车，小车能短暂直立，但会出现往前走或往后走，然后倒下，那么速度环就是用来抑制此现象的出现。

直立环中控制小车不倒下是用来控制小车的角度，所以直立环的机械中值是：角度。

速度环控制小车不倒下是用来控制小车的速度，所以速度环的“中值”就是：速度为0。

应该不难理解！那么如何抑制小车速度为0呢?

既然我们可以知道小车的当前速度，只要速度环的P为正反馈即可，意思就是假如向前倒，那么小车就要以更快的速度向前冲，保持直立。同样的，屏蔽前面的直立环，分别给速度环P正负值，看现象：

当旋转其中一个轮子，两个轮子往相同方向旋转，到速度最大值。此时应该为正反馈。此时的现象说明，速度环的P极性是对的！

如果出现旋转其中一个轮子，另外一个轮子往反方向转动，让偏差趋向于零。这就是负反馈，此时说明P极性是不对的！

速度环 P 大小确定

确定P极性和大小之后，由于P和I有比例关系且P为I的200倍！P和I的大小可以一同调试，可以将P和I慢慢从小到大的参数去试，观看小车效果。

如果出现以下效果：

小车放在地上，慢慢的，随着时间越来越长，小车会来回晃荡，此时可以认为P和I的参数过小。

小车放在地上，用手去推，如果小车无法回到初始位置，一直来回晃荡，来回晃荡的时候，车身出现较为大的倾斜，此时可以认为P和I的参数过大。如果车身没有出现较大的倾斜，只是小车来回晃荡，此时可以认为P和I的参数过小。

总结

关于直立环、速度环的初步调试大致就讲到这里，这种试错的方法是较为愚钝的，但却是较为方便且简单的一种方法。

调试步骤

1. 先把直立环、速度环PID参数清零。
2. 调试直立环，让车短暂的站起来。
3. 直立环中先调Kp参数，再调Kd参数，参数调完后，同时乘0.6(经验值)。

直立环调完，在调试速度环，调试时需要关闭直立环，速度环的P为I的200倍关系。

(2026年5月30日调试二轮平衡小车的真实PID参数)

撰写人：张明礼

撰写日期：2026/5/31