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工業(yè)生產(chǎn)過程中，對于生產(chǎn)裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數(shù)值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器將達(dá)不到預(yù)期的控制效果。

PID控制器（Proportion Integration Differentiation.比例-積分-微分控制器），由比例單元 P、積分單元 I 和微分單元 D 組成。通過Kp， Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。

簡單點(diǎn)說，PID控制器可以將某一參數(shù)，維持穩(wěn)定，適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)中。

（一）黑線附近灰度值采集

刪除test文件，車體以3的功率直行4秒，每0.08秒采集一次傳感器灰度值并存在文件中。（程序運(yùn)行前保證車身垂直于黑線，且距離黑線一定距離）

運(yùn)行程序后，打開程序塊內(nèi)存瀏覽器

找到對應(yīng)的test.rtf文件

選中上傳并將文件擴(kuò)展名改為xls(表格)

打開表格→選中數(shù)據(jù)→插入→折線圖

黑線附近灰度值變化情況：OA段，傳感器紅色光圈未接觸黑線；AB段，傳感器紅色光圈慢慢進(jìn)入黑線范圍；BC段，傳感器紅色光圈完全處于黑線中；CD段，傳感器紅色光圈慢慢離開黑線范圍。

AB段為一條直線段，因此可以得出：傳感器紅色光圈慢慢進(jìn)入黑線范圍的過程中，灰度值隨距離線性變化。

黑線附近的灰度值隨著距離線性改變，因此可以根據(jù)傳感器檢測到的灰度值與目標(biāo)灰度值的差值控制車體轉(zhuǎn)彎的幅度。

轉(zhuǎn)向度 = kp*(灰度值-目標(biāo)值)

定義比例因子kp、直行功率Ep、目標(biāo)灰度值huidu，將傳感器灰度值減去目標(biāo)灰度值乘以比例因子kp的積作為轉(zhuǎn)向度。

（比例因子一般為小于1的數(shù)，因?yàn)閭鞲衅骰叶戎蹬c目標(biāo)灰度值的差值一般比較大，直接作為轉(zhuǎn)向度，車體擺動(dòng)幅度很大）

使用了P控制器的巡線程序，擁有較快的響應(yīng)速度，在直線和小角度的拐彎部分會有很好的巡線效果，在有較大角度拐彎的情況下容易飛線，這時(shí)候需要調(diào)大比例因子或者調(diào)小直行功率（提升響應(yīng)速度，延長響應(yīng)時(shí)間），但是這樣調(diào)整之后，直線部分的巡線擺動(dòng)幅度會變大，直行速度會變小。為了能同時(shí)應(yīng)對直線和轉(zhuǎn)彎的巡線任務(wù)，需要加入微分控制器。

（二）PD控制器——比例、微分控制

微分的大小取決于單位時(shí)間內(nèi)灰度值變化的幅度，直線部分灰度變化小，基本無影響，轉(zhuǎn)彎部分灰度值變化大，微分控制器可以加大車體的轉(zhuǎn)向度。

定義灰度值與目標(biāo)值之間的差值為誤差error，前一個(gè)誤差為lasterror，

數(shù)學(xué)定義上的微分為單位時(shí)間里的改變量，因此，

微分=（error-lasterror）/時(shí)間

為了加大轉(zhuǎn)彎時(shí)的調(diào)整幅度，微分項(xiàng)還需要乘以一個(gè)參數(shù)，與時(shí)間的倒數(shù)合并記為kd，轉(zhuǎn)向度=kp*(灰度值-目標(biāo)值) + kd*(error-lasterror)

比例微分控制的優(yōu)勢在于能夠很快應(yīng)對突變，但是經(jīng)過轉(zhuǎn)彎之后車體會有一定程度的震蕩，即灰度值與目標(biāo)灰度值會有一個(gè)比較穩(wěn)定的差值，這個(gè)差值PD控制器無法自動(dòng)消除，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，需要使用積分控制器。

（三）PID控制器——比例、積分、微分控制

數(shù)學(xué)定義上的積分定義為函數(shù)圖像與坐標(biāo)軸圍起來部分的面積（坐標(biāo)軸上方為正，下放為負(fù)）即誤差的累計(jì)（積分=積分+誤差），為了消除大的振蕩（對應(yīng)一個(gè)大的積分值）對后續(xù)巡線效果的影響，將積分定義為：積分 = 0.5*積分 + 誤差。由于每次差生的誤差都是比較大的數(shù)值，積分也就比較大，因此積分項(xiàng)（記為變量jf）一般乘以一個(gè)很小的系數(shù)ki后再加入到轉(zhuǎn)向度中，即：

jf = 0.5*jf + error（等號表示賦值）

轉(zhuǎn)向度=kp*(灰度值-目標(biāo)值) + kd*(error-lasterror) + ki*jf

積分項(xiàng)：

整體程序圖為：

參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查

先是比例后積分，最后再把微分加

曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大

曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳

曲線偏離回復(fù)慢，積分時(shí)間往下降

曲線波動(dòng)周期長，積分時(shí)間再加長

曲線振蕩頻率快，先把微分降下來

動(dòng)差大來波動(dòng)慢。微分時(shí)間應(yīng)加長

理想曲線兩個(gè)波，前高后低4比1

一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低

（二）個(gè)人習(xí)慣

先調(diào)整比例系數(shù)kp（1以內(nèi)，每次變化0.1），再調(diào)整微分系數(shù)kd（每次增加2到3，直至車體在轉(zhuǎn)彎部分能夠很快調(diào)整并且直線部分沒有大幅度擺動(dòng)），最后調(diào)整積分系數(shù)ki（由于積分項(xiàng)數(shù)值較大，一般從0.01起調(diào)，每次變化0.01，直至車體無明顯擺動(dòng)為止）