电控组学习路径

开始之前

欢迎大家加入 GKD 大家庭。这份文档用于 GKD 软件组（现分为控制组、算法组）学习，以下是推荐的学习路径——当然，如果你的基础足够强大，也可以直接跳到最后做我们的测试。

我该如何提问

请仔细阅读提问的智慧与别像弱智一样提问，遇到问题先尝试自己解决。当然，遇到无法解决的问题也非常欢迎你们来提问，但请不要问 AI 可以轻松解答的问题。

安装 Linux

安装 Ubuntu 24.04 或 22.04，可以去 B 站搜索教程。建议安装物理双系统，不要使用虚拟机。

科学上网

安装配置科学上网软件，需要能正常访问使用 Google、ChatGPT、Github 等网络服务。
更换你的搜索引擎，不要使用 Baidu！会很影响你的搜索效率！！！ 建议使用 Bing、Google。
不会的内容可以先问 ChatGPT。
这里是我们的代码仓库，记得给我们一个 star，这可以让你们更快找到我们的仓库。

配置环境和学习 C/C++

学习 C 语言，并完成南京大学 一生一芯 项目的 PA0 及 PA1 部分。项目地址
继续学习 C++，了解类、继承、多线程、锁等知识。
实在不知道看哪一个 C++ 教程，我们向你推荐这个教程（B 站上搜索 cherno c++ 有带中文字幕的版本）。

电控基础知识

建议观看中科大电控入门教程。注意，我们不使用 STM32，学习其中的控制算法和通讯协议即可。

CAN 通信

对于 CAN 通信是什么，这里不过多赘述，可以自行上网搜索了解。作为 RMer 要有工程思维，只要粗浅了解原理、会用即可——这也得益于我们硬件组的同学，为我们提供了可以即插即用的 usb2can。

使用 usb2can

首先进行软件更新：

sudo apt-get update && sudo apt-get -y upgrade

安装所需依赖软件包：

sudo apt-get install -y can-utils net-tools

将两个 usb2can 如图连接起来，并同时和自己的电脑连接，即可进行回环测试。

查看是否检测到 CAN 设备（在列表中看到带有 can 名称的设备，说明你的电脑正常识别了 CAN 设备）：

ifconfig -a

进行 CAN 设备初始化（示例为初始化 can0 和 can1）：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000

sudo ip link set can1 up type can bitrate 1000000

打开 Terminal，用来监测 can0 接收到的报文：

candump can0

再打开一个 Terminal 窗口，使用 can1 来发送数据：

cansend can1 200#5A5A5A5A5A5A5A5A

如果可以在 candump can0 的 Terminal 里看到如下信息，则说明正常工作：

can0 200 [8] 5A 5A 5A 5A 5A 5A 5A 5A

电机的控制

我们的电机驱动依赖库应是各位学习如何驱动电机上的第一手资料，里面会详细介绍如何使用我们的库来驱动电机。现在的电控仓库也已经进行了更新，可以直接学习。

PID 控制算法

首先一个闭环控制系统如下。

首先我们需要设定一个期望经过控制达到的值，即期望值（Setpoint）。
通过比较器（Comparator）与现在系统的输出值（Output）的反馈（Feedback）进行比较，得到误差（Error），告诉控制器（Controller）现在距离目标值还差多少。
控制器再让执行器（Actuator）对设备（Plant）进行执行。
通过不断的控制、执行、反馈逼近期望值。

在 Controller 中最重要的即是 PID 控制算法：

比例（Proportion） 的作用是解决控制器和执行器之间量纲不统一的影响。比如我们的目的是让电机的转速达到 1200 rpm，但控制电机可能需要给电机发送电流值。
积分（Integral） 的作用是消除稳态误差，可以将过去的误差进行累积，从而消除系统长期的偏差。例如电机带有负载时，达到稳态后比例项给的小电流可能无法让电机转动；加入积分项后，可以把过去时刻的误差累积起来，使电流变大，逐渐缩小误差。但我们应当注意给积分设定一个上限，防止因为电机堵转之类的情况导致积分项持续增加。
微分（Derivative） 的作用是抑制系统的快速变化，类似于阻尼的效果。其本质是当前时刻和过去时刻误差的差：当误差在减小时，微分项会变成负数，以此来防止比例项和积分项使系统超调过多。
最后再将比例项、积分项、微分项进行相加，得到需要传给执行器的值。

PID 在离散时间下的公式

设第 k 次更新与前一次间隔为秒：

e_k=r_k-y_k, \qquad P_k=K_p e_k, \qquad I_k=I_{k-1}+K_i e_k\,dt.

其中，和分别是设定值和测量值，是两者的误差。误差微分（D 项）是：

D_k=K_d\frac{e_k-e_{k-1}}{dt}

输出的控制值则是：

u_k=P_k+I_k+D_k

P 对当前偏差作反应；I 累积长期偏差，可能消除某些稳态误差，但会积累和饱和；D 对变化作反应，既可能提供阻尼，也会放大噪声。

双环控制

在实际应用中，电机的控制常常使用双环控制的结构：内环负责输入速度、输出电机电流，外环负责输入位置、输出速度。

角度目标 ─→ 位置控制器 ─→ 角速度目标 ─→ 速度控制器 ─→ 电流/力矩命令
                ↑                            ↑
             角度反馈                     角速度反馈

外环不直接控制最终电流，而是给内环设目标。通常先保证内环可用，再调外环；外环变化太快而内环跟不上，容易放大滞后与振荡。

麦轮运动解算

篇幅比较长，可以参考这篇知乎文章。

学会使用 AI Agent 进行开发

从下面这些 AI Agent 里任选一个，装好并尝试使用：

Claude Code
Codex / ChatGPT Desktop

这些知识我都学完了

如果这些知识都学完了，那么恭喜你已经具有了在 GKD 进行工作的能力。欢迎这时候来和我们线下聊一聊，并向我们展示你的工作（主要是关于你这段时间所进行的学习）。

前面的任务太简单了

如果你的基础很强大，那么你可以选择跳过前面的所有学习路径，直接完成我们的考核题。当你通过考核后，将正式加入 GKD 大家庭。

完成清单

前面每一节具体做到什么程度算学会？下面这份清单可以对照自查。全部能打上勾，就说明你已经具备在 GKD 工作的能力。

开始之前

读过《提问的智慧》与《别像弱智一样提问》

环境

装好 Ubuntu 24.04 或 22.04，且是物理双系统而不是虚拟机
能正常访问 Google、ChatGPT、GitHub
配好 git、ssh、gcc、g++、cmake

C / C++

学完 C 语言，完成「一生一芯」PA0
完成「一生一芯」PA1
学完 C++ 的类、继承、多线程与锁

观看并理解中科大电控入门教程 3-7章

最后

清单上的都打上勾了，就可以来线下聊一聊，把这段时间的学习成果展示给我们；如果你的基础本来就很强，也可以跳过整份清单，直接完成考核题，通过后正式加入。