隨著工廠自動化、計算機集成制造系統技術的發展以及柔性制造系統、自動化立體倉庫的廣泛應用，AGV已經成為自動化搬運裝卸的必要工具。在AGV的設計開發過程中，如何設計出一款跟蹤誤差小、動態響應快、能適應多種復雜環境而且需要具備較好穩定性的AGV控制系統是十分重要的。

在控制算法上應用最多的就是PID控制了，而相對一款運行穩定的AGV來說，AGV的PID調試是個必須要翻過的坎。下面我們聊聊PID的那些事兒。

首先介紹一下PID名字的由來：

P：Proportion，比例，就是輸入偏差乘以一個常數

I：Integral，積分，就是對輸入偏差進行積分運算

D：Derivative，微分，就是對輸入偏差進行微分運算

我們舉例來理解，我們控制一個人讓他以PID控制方式走110步然后停下。

（1）P，比例控制，就是讓他走110步，他按照一定的步伐走到一百零幾步（如108步）或100多步（如112步）就停了。

說明：P，比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差（Steady-state error）。

（2）PI積分控制，就是他按照一定的步伐走到112步然后回頭接著走，走到108步位置時，然后又回頭向110步位置走。在110步位置處來回晃幾次，最后停在110步的位置。

說明：在積分 I 控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統，如果在進入穩態后存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統（System with Steady-state Error）。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統在進入穩態后無穩態誤差。

（3）PD微分控制，就是他按照一定的步伐走到一百零幾步后，再慢慢地向110步的位置靠近，如果最后能精確停在110步的位置，就是無靜差控制；如果停在110步附近（如109步或111步位置），就是有靜差控制。

說明：在微分控制 D 中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。

自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩，其原因是由于存在有較大慣性組件（環節）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例P”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢。這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例P+微分D（PD）控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

我們再用小明來說明PID：

小明接到這樣一個任務：有一個水缸有點漏水(而且漏水的速度還不一定固定不變)，要求水面高度維持在某個位置，一旦發現水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。 小明接到任務后就一直守在水缸旁邊，時間長就覺得無聊，就跑到房里看小說了，每30分鐘來檢查一次水面高度。水漏得太快，每次小明來檢查時，水都快漏完了，離要求的高度相差很遠，小明改為每3分鐘來檢查一次，結果每次來水都沒怎么漏，不需要加水，來得太頻繁做的是無用功。幾次試驗后，確定每10分鐘來檢查一次。這個檢查時間就稱為采樣周期。 開始小明用瓢加水，水龍頭離水缸有十幾米的距離，經常要跑好幾趟才加夠水，于是小明又改為用桶加，一加就是一桶，跑的次數少了，加水的速度也快了，但好幾次將缸給加溢出了，不小心弄濕了幾次鞋，小明又動腦筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來，發現剛剛好，不用跑太多次，也不會讓水溢出。這個加水工具的大小就稱為比例系數。 

小明又發現水雖然不會加過量溢出了，有時會高過要求位置比較多，還是有打濕鞋的危險。他又想了個辦法，在水缸上裝一個漏斗，每次加水不直接倒進水缸，而是倒進漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問題解決了，但加水的速度又慢了，有時還趕不上漏水的速度。于是他試著變換不同大小口徑的漏斗來控制加水的速度，最后終于找到了滿意的漏斗。漏斗的時間就稱為積分時間。 

小明終于喘了一口，但任務的要求突然嚴了，水位控制的及時性要求大大提高，一旦水位過低，必須立即將水加到要求位置，而且不能高出太多，否則不給工錢。小明又為難了！于是他又開努腦筋，終于讓它想到一個辦法，常放一盆備用水在旁邊，一發現水位低了，不經過漏斗就是一盆水下去，這樣及時性是保證了，但水位有時會高多了。他又在要求水面位置上面一點將水缸要求的水平面處鑿一孔，再接一根管子到下面的備用桶里這樣多出的水會從上面的孔里漏出來。這個水漏出的快慢就稱為微分時間。

再拿一個簡單不過的例子：我們設計一樣東西，一般都是先打個樣，這個樣跟我們想要的接近，但細節沒到位，這就是P，樣有差異，所以就要修改，擬合逼近，這就是I，到了定稿，就不允許隨便修改了，就算要修改，也是有限制的修改，這就是D。

可以看看那經典的口訣：

參數整定找最佳， 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。

曲線漂浮繞大彎， 比例度盤往小扳。

曲線偏離回復慢， 積分時間往下降。

曲線波動周期長， 積分時間再加長。

曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來。

動差大來波動慢， 微分時間應加長。

理想曲線兩個波， 前高后低四比一。

一看二調多分析， 調節質量不會低。

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（CNS-MI50HSN混合型電機驅動器）

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