PID非常好的光感巡線思路
加入技術交流群
調整PID控制器，不使用復雜的數(shù)學方法
（但是我們還是要做一些計算）
在本文中，我使用了其他人總結出來的PID控制器調整的方法，測量幾個系統(tǒng)參數(shù)就可以讓你非常好地計算出Kp,Ki和Kd的值。有幾種技術可用于計算Ks，其中之一就叫做 "Ziegler–Nichols方法" 。通過谷歌搜索可以找到很多講述這種技術的網頁。我所使用的版本幾乎是直接使用了維基網頁——PID控制器中的內容（在很多其他的地方也可以找到相同的內容），我只做了一點小小的改動，包括下表中所示計算過程中的循環(huán)時間。
按以下步驟調整PID控制器：
按以下步驟調整PID控制器：
將Ki和Kd的值置為0，即關閉控制器中的這些部分，將控制器作為一個簡單的比例控制器。
把Tp（目標功率值）設置的小一點。對于我們使用的馬達來說，可以設為25.
將Kp設置為一個“合理”的值，什么是合理的？
1）用我們想讓馬達功率達到的最大值（100）除以能使用的最大誤差值。對于我們的巡線機器人，我們假定這個最大誤差是5，所以推測出Kp值為 100/5=20。當誤差為+5,，馬達的功率將達到100,。當誤差為0，馬達的功率會在Tp（目標功率值）上。
2）或者，將Kp值設為 1 （或100），看看會發(fā)生什么。
3）如果你要把 Ks的值乘以100，在這里，1就要記成100,20記成2000,100記成10000.
運行機器人，觀察運行狀態(tài)。如果它不能巡線，從線上脫離開，就提高Kp值；如果它劇烈擺動，就降低Kp 值。調整Kp值，直到機器人能夠巡線，并且沒有明顯的擺動為止。我們稱這時的Kp值為"Kc" （在PID文獻中，被稱為臨界值）
使用Kc值作為Kp，運行機器人，試著找出機器人運行時的“振蕩周期”是多少。這個測試不需要非常準確。振蕩周期（Pc)是指機器人從線的一側開始，擺動到另一側，再回到開始點的時間長短。對于典型的樂高機器人來說，Pc大約是在0.5秒到1或2秒之間。
你還需要知道，機器人控制系統(tǒng)的循環(huán)周期是多少。我將循環(huán)設置為一個固定的次數(shù)（如10,000），測量機器人完成全部循環(huán)次數(shù)的總時間（從開始到結束的時間，或機器人顯示出結果的時間），每個循環(huán)的周期是測量時間除以循環(huán)次數(shù)。對于一個完整的PID控制器來說，使用NXT-G編程（在程序中不要使用發(fā)聲、顯示等模塊，這些模塊的使用會占用程序運行時間，影響測試結果），dT值應該在每個循環(huán)0.015秒到0.020秒之間。
使用下表計算Kp,Ki, 和Kc的值。如果你只想要一個P控制器，使用表中標注了P的那一行來計算Kp(Ki和Kd均為0)。如果你想要一個PI控制器，就使用第二行來計算。如果你想要一個完整的PID控制器，就使用最后一行來計算。
在實際操作時，那些K值都要用100乘以它們實際的值，但是在計算中你不需要考慮這個問題。這個因數(shù)100 ，在確定Kp=Kc 臨界值時，就已經考慮在內了。
運行機器人，看看它的表現(xiàn)。
你可以調整Kp,Ki和Kd的值直到獲得最佳的性能。你可以從相當大的調整開始，如30%，然后嘗試較小的調整，以獲得最佳的（或者至少是可以接受的）效果。
一旦你確定了一組好的K值，提高TP值，提高機器人的直線速度。
對于新的TP值，要重新的調整K值，也許甚至要回到第1步，重復整個過程，
不斷地重復，直到機器人的表現(xiàn)是可以接受的。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201611/323721.htm
Ki和Kd上的符號只是要提醒你——Ki 和 Kd已經考慮了時間的因素，即ki= ki*dt，kd’=kd/dt （假定dT為恒定值）。 這里有一個我自己做機器人測試的測量數(shù)據。Kc為300，當Kp=Kc時，機器人的擺動周期大約為0.8秒，因此Pc為0.8。我測量Pc的方法是，每當機器人擺動到一個特定的方向，就大聲數(shù)出來。循環(huán)時間dT為0.014秒/每個循環(huán)，用程序運行10,000次循環(huán)時，NXT上顯示的程序運行時間和循環(huán)次數(shù)相除所獲得。使用上表中PID控制器的各計算公式，我們得到： Kp= (0.60)(Kc) =(0.60)(300) = 180 Ki= 2(Kp)(dT) / (Pc) =2(180)(0.014) / (0.8) = 6.3 (which is rounded to 6)（四舍五入為6） Kd= (Kp)(Pc) / ((8)(dT)) =(180)(0.8) / ((8)(0.014)) = 1286 在進一步的反復試驗后，最終的Kp,Ki和Kd值分別為220,7 和500。別忘了所有這些K值均已乘以100，因此，它們的實際值為 2.2 ，0.07和5 。 | ||||||||||||||||||||
改變Kp, Ki, 和 Kd的值對機器人運行情況的影響
在優(yōu)化PID的過程中，上面說明的方法和表格是一個好的開始。有時，了解一下增加（或降低）三個K值中的一個會有怎樣的結果，也是非常有幫助的。下表在很多網頁上都能找到，這個版本來源于wiki——PID控制器的網頁。
增加參數(shù)值的影響 | |||||
Parameter 參數(shù) | Risetime 響應時間 | Overshoot 超調 | Settlingtime 穩(wěn)定時間 | Errorat equilibrium 靜態(tài)誤差 | |
Kp | 減少 | 加 | 變化小 | 減少 | |
Ki | 減少 | 增加 | 增加 | 消除 | |
Kd | 不確定（小的增加或減?。?/td> 減少 減少 無 | ||||
“響應時間”是指機器人確定誤差的時間，在我們的例子中，是指機器人在離線以后，需要多少時間能回到線的邊緣。響應時間主要由Kp控制。Kp值變大，機器人返回線的速度變快，響應時間就減少。Kp過大，會造成機器人超調。
“超調”是指機器人在響應誤差時，會越過線的邊緣多遠。例如，如果超調較小，當機器人想回到線的左邊時，就不會擺動到線的右邊去。如果超調較大，機器人在糾正誤差時，就會擺動過大，超過線的邊緣。超調受Kd影響最大，但Ki和Kp對它的影響也頗強。通常情況下，糾正很大的超調，你需要增大Kd值。還記得我們第一個非常簡單的巡線機器人嗎，除了左轉和右轉，它不會做任何事，這個巡線機器人就會產生非常大的超調現(xiàn)象。
“穩(wěn)定時間”是指機器人在發(fā)生一個大的變化時，需要多長時間才能穩(wěn)定下來。在我們巡線的例子中，機器人遇到一個轉彎就會發(fā)生較大的變化。當機器人對曲線做出響應，它會糾正誤差，并產生一些超調，然后機器人會以另一個方向的超調來糾正當前的超調，然后再糾正這個超調......你明白了吧。當機器人對誤差進行響應時，它會圍繞期望位置進行擺動。“穩(wěn)定時間”就是這個擺動被抑制到0的時間。Ki和Kd都對穩(wěn)定時間有很強的影響，Ki越大，穩(wěn)定時間越長；Kd越大，穩(wěn)定時間越短。
“靜態(tài)誤差”是指系統(tǒng)在不受干擾的情況下運行所保持的誤差。對于我們的巡線機器人來說，當機器人走了很長一段直線后，這個誤差會被抵消掉。P控制器和PD控制器經常會被這種誤差搞垮。增加Kp值會降低它的影響，但會加大機器人的擺動。P控制器和PD控制器在平衡狀態(tài)下會有一個恒定的誤差，因此經常會在其中增加I控制，和加大Ki的值。（這是假定，當機器人巡線時，你更關注小的系統(tǒng)誤差。這就意味著，機器人會稍微向一邊或另一邊偏移）
“超調”是指機器人在響應誤差時，會越過線的邊緣多遠。例如，如果超調較小，當機器人想回到線的左邊時，就不會擺動到線的右邊去。如果超調較大，機器人在糾正誤差時，就會擺動過大，超過線的邊緣。超調受Kd影響最大，但Ki和Kp對它的影響也頗強。通常情況下，糾正很大的超調，你需要增大Kd值。還記得我們第一個非常簡單的巡線機器人嗎，除了左轉和右轉，它不會做任何事，這個巡線機器人就會產生非常大的超調現(xiàn)象。
“穩(wěn)定時間”是指機器人在發(fā)生一個大的變化時，需要多長時間才能穩(wěn)定下來。在我們巡線的例子中，機器人遇到一個轉彎就會發(fā)生較大的變化。當機器人對曲線做出響應，它會糾正誤差，并產生一些超調，然后機器人會以另一個方向的超調來糾正當前的超調，然后再糾正這個超調......你明白了吧。當機器人對誤差進行響應時，它會圍繞期望位置進行擺動。“穩(wěn)定時間”就是這個擺動被抑制到0的時間。Ki和Kd都對穩(wěn)定時間有很強的影響，Ki越大，穩(wěn)定時間越長；Kd越大，穩(wěn)定時間越短。
“靜態(tài)誤差”是指系統(tǒng)在不受干擾的情況下運行所保持的誤差。對于我們的巡線機器人來說，當機器人走了很長一段直線后，這個誤差會被抵消掉。P控制器和PD控制器經常會被這種誤差搞垮。增加Kp值會降低它的影響，但會加大機器人的擺動。P控制器和PD控制器在平衡狀態(tài)下會有一個恒定的誤差，因此經常會在其中增加I控制，和加大Ki的值。（這是假定，當機器人巡線時，你更關注小的系統(tǒng)誤差。這就意味著，機器人會稍微向一邊或另一邊偏移）
運行情況怎樣？
光電傳感器距離巡線測試紙的高度大約為1/2英寸，Tp(功率目標值）設置為70%。機器人的平均速度為每秒鐘8英寸。機器人沿著橢圓型黑線的內側，采用左手法則巡線，沿著內側巡線要比沿著外側巡線稍微難一點。
在整個過程中，巡線機器人似乎表現(xiàn)相當不錯。如果你仔細觀看視頻，就會發(fā)現(xiàn)，機器人在離開轉彎的地方有一點“搖尾巴”。那是PID有一點振蕩。當機器人向鏡頭方向運行時，你可以看到機器人光電傳感器的LED在場地墊上照射出的紅點，看上去在追蹤線的邊緣方面，做的非常好。
基本PID控制器可以適用于不同的控制難題（當然也可以用P控制器或者PI控制器代替PID控制器），你無需提出一個新的“誤差”定義，但是針對特定的任務，要重新調整PID。
基本PID控制器可以適用于不同的控制難題（當然也可以用P控制器或者PI控制器代替PID控制器），你無需提出一個新的“誤差”定義，但是針對特定的任務，要重新調整PID。
關鍵詞：
PID光感巡
評論