「2019」「RM圆桌」第九期 PID控制深透析

13. 微分作用总是体现不出来，可以详细讲解一下微分的使用方法吗？
微分项是用来增加高频响应，现实生活中的系统都是带有低通效应的，因此微分项作用不是很大。个人调试云台、底盘的经验是只使用PI控制。

14. 在调试yaw轴时因为云台一边装有pitch轴电机，请问有必要在其对应一边加上重量差不多的配重吗，对yaw轴PID参数整定效果影响大吗？
有必要，否则在底盘启动和停止的时候容易发生云台往一个方向偏转。
有影响，会增加云台转动惯量导致响应速度变慢（所以推荐大家搞一搞下供弹）

15. 重心和质量变化比较大的部分的PID参数是否需要增加根据战场实际情况来调整，还是直接给一个中间值就好（还是说回去拿着柴刀去逼机械的朋友改图？
涉及到自适应PID，我没有实践过，上面有提到思路
进行把弹仓做到中间，减小负载变化

16．看曲线的时候一直不知道怎么才算是最好的效果，在双环调试过程中，曲线设定值与真实值响应速度很快而且几乎没有超调，但实际效果还是不理想很软容易撞一下就晃，对于此种情况有什么更好的调参方法吗，对于云台来说有更科学点看图法吗？
好的效果很明显啊，实际值能尽可能的跟踪上目标值。经常是需要在响应速度和超调量之间做出取舍，这个看自己系统的情况来判断。
很容易晃，是不是你在调试的时候没有加上实际负载，如果是PID的参数比较激进，在负载增大的情况下很容易发生震荡，建议用实际工况来调试。
看图就推荐J-Scope，然后吧所有环的给定、反馈值都打印出来，从内到外的调

17. 多个PID控制器同时作用的时候，怎么理论分析相互的制约关系。比如一个轨迹跟控制，设计目标是尽可能贴合一条预先设定的轨迹，中间有三个方向的PID控制器，X_controller,Y_controller,Z_controller(yaw),我可以知道三个PID的响应时间，比如角度Z_conctrller响应10度的平均响应时间是50ms,X方向响应100mm的平均响应时间是200ms，Y_controller直观体现是机器人的切线速度，这个速度大小怎么跟前面两者的响应时间做一个理论结合，然后大致得出Y的理论极限？
没太看懂问题，大概猜了一下是不是想根据系统两个方向的响应速度来估算剩下一个方向的响应速度上限。听上去不太可行，以转动惯量为例，转轴方向和位置都会影响转动惯量，所以估算响应速度不靠谱，但是对于质量分布已知的物体感觉可以分析一下。

18. 怎么才能结合机器人的动力学模型设计控制器？
先理论分析动力学模型，然后结合系统辨识的方法搞一波，对经典控制理论来说，搞出来个传递函数，后面就可以有针对的设计控制器了。

19. 怎样分析控制元件的参数上限然后知道结合机器人设计参数做出合理选型？怎样区分是控制器参数设计问题，还是本身已达到控制元件性能上限？
上面有类似的回答。分析负载的模型，查出电机的输出扭矩范围，可以推算出加速度过程。
以电机来说，简单的测试方法就是直接给电机发送最大控制值，然后观察反馈曲线，可以计算出最大加速度，接着就可以计算出响应速度，看看是否符合自己的需求。

20. 为什么不直接拿位置、速度、加速度分别乘 Kp1、Kp2、Kp3 而要用到PID的D项（位置除以dt）？相较于微分出来的结果与直接从传感器拿到数据会有什么不一样？是传感器数据不够平滑还是？有没有可能使用三个嵌套环然后每个环只调节P？中间会遇到什么问题？
你的意思是位置微分得到速度，速度微分得到加速度，速度积分得到位置，以此类推，所以用一个控制器就完成串级PID的功能？大胆的想法，建议自己试一下

21. 对一个机构来说，PID到底可以适应到什么程度的控制，我能不能理解这几个参数其实是跟机构的动力学模型是挂钩的，那动力学模型的自变量是角加速度、角速度、角度得到力矩，那PID如果使用了这三种自变量是不是就代表控制器的模型是贴近了实际的动力学模型，然后如果控制元件参数达标的话效果已经可以很理想？相应的我应该怎么考虑机器人机构的机械设计，除了了转轴在质心附近？
PID具有一定的鲁棒性，在系统模型不发生很大变化的情况下都可以取得较好的控制效果。
PID控制器从频率来理解其实就是一个带阻滤波器，肯定是贴近了实际的动力学模型才能取得控制效果。
结构的要求简单来说就是牢固稳定，刚度足够大，没有异常的振动模态，然后尽量减小转动惯量，减小负载。

22. 除了PID之外有没有别的控制器比较适合我们制作的机器人机构使用？如果有你们会推荐我们在哪些机构使用哪些控制器？
最近比较流行的ADRC控制器可以了解一下。
PID+滤波器足以适用绝大部分机构了。