隨著工廠自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展以及柔性制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的廣泛應(yīng)用，AGV已經(jīng)成為自動(dòng)化搬運(yùn)裝卸的必要工具。在AGV的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何設(shè)計(jì)出一款跟蹤誤差小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、能適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境而且需要具備較好穩(wěn)定性的AGV控制系統(tǒng)是十分重要的。

在控制算法上應(yīng)用最多的就是PID控制了，而相對(duì)一款運(yùn)行穩(wěn)定的AGV來(lái)說(shuō)，AGV的PID調(diào)試是個(gè)必須要翻過(guò)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(lái)：

P：Proportion，比例，就是輸入偏差乘以一個(gè)常數(shù)

I：Integral，積分，就是對(duì)輸入偏差進(jìn)行積分運(yùn)算

D：Derivative，微分，就是對(duì)輸入偏差進(jìn)行微分運(yùn)算

我們舉例來(lái)理解，我們控制一個(gè)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(shuō)明：P，比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)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(shí)，然后又回頭向110步位置走。在110步位置處來(lái)回晃幾次，最后停在110步的位置。

說(shuō)明：在積分 I 控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)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(wú)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(shuō)明：在微分控制 D 中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。

自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）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(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例P”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例P+微分D（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

我們?cè)儆眯∶鱽?lái)說(shuō)明PID：

小明接到這樣一個(gè)任務(wù)：有一個(gè)水缸有點(diǎn)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(gè)位置，一旦發(fā)現(xiàn)水面高度低于要求位置，就要往水缸里加水。 小明接到任務(wù)后就一直守在水缸旁邊，時(shí)間長(zhǎng)就覺(jué)得無(wú)聊，就跑到房里看小說(shuō)了，每30分鐘來(lái)檢查一次水面高度。水漏得太快，每次小明來(lái)檢查時(shí)，水都快漏完了，離要求的高度相差很遠(yuǎn)，小明改為每3分鐘來(lái)檢查一次，結(jié)果每次來(lái)水都沒(méi)怎么漏，不需要加水，來(lái)得太頻繁做的是無(wú)用功。幾次試驗(yàn)后，確定每10分鐘來(lái)檢查一次。這個(gè)檢查時(shí)間就稱為采樣周期。 開(kāi)始小明用瓢加水，水龍頭離水缸有十幾米的距離，經(jīng)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(shù)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(dòng)腦筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來(lái)，發(fā)現(xiàn)剛剛好，不用跑太多次，也不會(huì)讓水溢出。這個(gè)加水工具的大小就稱為比例系數(shù)。 

小明又發(fā)現(xiàn)水雖然不會(huì)加過(guò)量溢出了，有時(shí)會(huì)高過(guò)要求位置比較多，還是有打濕鞋的危險(xiǎn)。他又想了個(gè)辦法，在水缸上裝一個(gè)漏斗，每次加水不直接倒進(jìn)水缸，而是倒進(jìn)漏斗讓它慢慢加。這樣溢出的問(wèn)題解決了，但加水的速度又慢了，有時(shí)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(lái)控制加水的速度，最后終于找到了滿意的漏斗。漏斗的時(shí)間就稱為積分時(shí)間。 

小明終于喘了一口，但任務(wù)的要求突然嚴(yán)了，水位控制的及時(shí)性要求大大提高，一旦水位過(guò)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(kāi)努腦筋，終于讓它想到一個(gè)辦法，常放一盆備用水在旁邊，一發(fā)現(xiàn)水位低了，不經(jīng)過(guò)漏斗就是一盆水下去，這樣及時(shí)性是保證了，但水位有時(shí)會(huì)高多了。他又在要求水面位置上面一點(diǎn)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(huì)從上面的孔里漏出來(lái)。這個(gè)水漏出的快慢就稱為微分時(shí)間。

再拿一個(gè)簡(jiǎn)單不過(guò)的例子：我們?cè)O(shè)計(jì)一樣?xùn)|西，一般都是先打個(gè)樣，這個(gè)樣跟我們想要的接近，但細(xì)節(jié)沒(méi)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(jīng)典的口訣：

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。

曲線漂浮繞大彎， 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(zhǎng)， 積分時(shí)間再加長(zhǎng)。

曲線振蕩頻率快， 先把微分降下來(lái)。

動(dòng)差大來(lái)波動(dòng)慢， 微分時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)。

理想曲線兩個(gè)波， 前高后低四比一。

一看二調(diào)多分析， 調(diào)節(jié)質(zhì)量不會(huì)低。

佛山市興頌機(jī)器人科技有限公司專業(yè)提供AGV控制方案，由興頌機(jī)器人研發(fā)的AGV電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有不同類型電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)、支持多種通訊方式、支持多種信號(hào)反饋、支持多個(gè)設(shè)備互連和集成導(dǎo)航算法等特點(diǎn)，適應(yīng)不同類型的驅(qū)動(dòng)更能適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)行場(chǎng)景，一款好的驅(qū)動(dòng)器對(duì)于運(yùn)行穩(wěn)定的AGV來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

（CNS-MI50HSN混合型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）

佛山市興頌機(jī)器人是一家以專業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售AGV核心零部件并提供AGV整車解決方案的自主創(chuàng)新技術(shù)企業(yè)。主要提供AGV驅(qū)動(dòng)器、RFID傳感器、激光掃描避障傳感器、磁導(dǎo)航傳感器、主控制器等AGV核心部件，而且全為自主研發(fā)，功能強(qiáng)大，兼容性強(qiáng)。公司擁有一支超過(guò)7年AGV行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的研發(fā)和銷售團(tuán)隊(duì)，全方位為客戶提供質(zhì)量可靠、功能強(qiáng)大、超高性價(jià)比的產(chǎn)品，致力于為AGV行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)所有力量。

由興頌機(jī)器人根據(jù)AGV特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的舵輪驅(qū)動(dòng)器，集成導(dǎo)航算法、同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向和行走電機(jī)、自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)、精確的閉環(huán)控制，使得客戶大大縮短AGV開(kāi)發(fā)周期。