（一）先來(lái)徹底搞懂PID到底是啥？啥是PID？PID，就是“比例（proportional）、積分（integral）、微分（derivative）”，是一種很常見的控制算法 。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié) 。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一 。算法是不可以吃的 。PID已經(jīng)有107年的歷史了
。它并不是什么很神圣的東西，大家一定都見過(guò)PID的實(shí)際應(yīng)用 。比如四軸飛行器，再比如平衡小車……還有汽車的定速巡航、3D打印機(jī)上的溫度控制器….就是類似于這種：需要將某一個(gè)物理量“保持穩(wěn)定”的場(chǎng)合（比如維持平衡，穩(wěn)定溫度、轉(zhuǎn)速等），PID都會(huì)派上大用場(chǎng) 。那么問(wèn)題來(lái)了：比如，我想控制一個(gè)“熱得快”，讓一鍋水的溫度保持在50℃這么簡(jiǎn)單的任務(wù)，為啥要用到微積分的理論呢
。你一定在想：這不是so easy嘛~ 小于50度就讓它加熱，大于50度就斷電，不就行了？幾行代碼用Arduino分分鐘寫出來(lái) 。沒(méi)錯(cuò)~在要求不高的情況下，確實(shí)可以這么干~ But！ 如果換一種說(shuō)法，你就知道問(wèn)題出在哪里了：如果我的控制對(duì)象是一輛汽車呢？要是希望汽車的車速保持在50km/h不動(dòng)，你還敢這樣干么 。設(shè)想一下，假如汽車的定速巡航電腦在某一時(shí)間測(cè)到車速是45km/h 。它立刻命令發(fā)動(dòng)機(jī)：加速！結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)那邊突然來(lái)了個(gè)100%全油門，嗡的一下，汽車急加速到了60km/h 。這時(shí)電腦又發(fā)出命令：剎車！結(jié)果，吱……………哇…………(乘客吐)
所以，在大多數(shù)場(chǎng)合中，用“開關(guān)量”來(lái)控制一個(gè)物理量，就顯得比較簡(jiǎn)單粗暴了 。有時(shí)候，是無(wú)法保持穩(wěn)定的 。因?yàn)閱纹瑱C(jī)、傳感器不是無(wú)限快的，采集、控制需要時(shí)間 。而且，控制對(duì)象具有慣性 。比如你將一個(gè)加熱器拔掉，它的“余熱”（即熱慣性）可能還會(huì)使水溫繼續(xù)升高一小會(huì) 。這時(shí)，就需要一種『算法』：
- 它可以將需要控制的物理量帶到目標(biāo)附近
- 它可以“預(yù)見”這個(gè)量的變化趨勢(shì)
- 它也可以消除因?yàn)樯?、阻力等因素造成的靜態(tài)誤差
- ….
我們先只說(shuō)PID控制器的三個(gè)最基本的參數(shù)：kP,kI,kD 。kPP就是比例的意思 。它的作用最明顯，原理也最簡(jiǎn)單 。我們先說(shuō)這個(gè)：需要控制的量，比如水溫，有它現(xiàn)在的『當(dāng)前值』，也有我們期望的『目標(biāo)值』 。
- 當(dāng)兩者差距不大時(shí)，就讓加熱器“輕輕地”加熱一下 。
- 要是因?yàn)槟承┰?，溫度降低了很多，就讓加熱器“稍稍用力”加熱一?。
- 要是當(dāng)前溫度比目標(biāo)溫度低得多，就讓加熱器“開足馬力”加熱，盡快讓水溫到達(dá)目標(biāo)附近 。
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