隨著工廠自動化、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展以及柔性制造系統(tǒng)、自動化立體倉庫的廣泛應(yīng)用，AGV已經(jīng)成為自動化搬運裝卸的必要工具。在AGV的設(shè)計開發(fā)過程中，如何設(shè)計出一款跟蹤誤差小、動態(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，而相對一款運行穩(wěn)定的AGV來說，AGV的PID調(diào)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(shù)

I：Integral，積分，就是對輸入偏差進(jìn)行積分運算

D：Derivative，微分，就是對輸入偏差進(jìn)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(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(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，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(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(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”。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(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(guān)系。

自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(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，抑制誤差的作用就應(yīng)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(yù)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(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。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(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。

我們再用小明來說明PID：

小明接到這樣一個任務(wù)：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(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(yuǎn)，小明改為每3分鐘來檢查一次，結(jié)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(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，小明又動腦筋，我不用瓢也不用桶，老子用盆，幾次下來，發(fā)現(xiàn)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(shù)。 

小明又發(fā)現(xiàn)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(jìn)水缸，而是倒進(jìn)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(wù)的要求突然嚴(yán)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(fā)現(xiàn)水位低了，不經(jīng)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(shè)計一樣?xùn)|西，一般都是先打個樣，這個樣跟我們想要的接近，但細(xì)節(jié)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(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(yīng)加長。

理想曲線兩個波， 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)動器具有不同類型電機(jī)同時驅(qū)動、支持多種通訊方式、支持多種信號反饋、支持多個設(shè)備互連和集成導(dǎo)航算法等特點，適應(yīng)不同類型的驅(qū)動更能適應(yīng)復(fù)雜的運行場景，一款好的驅(qū)動器對于運行穩(wěn)定的AGV來說至關(guān)重要。

（CNS-MI50HSN混合型電機(jī)驅(qū)動器）

佛山市興頌機(jī)器人是一家以專業(yè)設(shè)計、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7年AGV行業(yè)經(jīng)驗的研發(fā)和銷售團(tuán)隊，全方位為客戶提供質(zhì)量可靠、功能強(qiáng)大、超高性價比的產(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特點而設(shè)計的舵輪驅(qū)動器，集成導(dǎo)航算法、同時驅(qū)動轉(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開發(fā)周期。