谁家读博士在地下室啊？ 第98章 PID算法的“玄学”

当那双明亮的、不受任何干扰的“眼睛”，被成功地安装在甩带机上时，林浩感觉自己像一个刚刚打通了游戏第一关的玩家，虽然过程艰辛，但巨大的成就感，让他瞬间充满了继续挑战下一关的勇气。

他知道，“眼睛”的问题解决了，接下来，他要面对的，是一个更复杂的、也更核心的挑战——为这台“超级跑车”，安装上一个足够聪明、足够快速的“大脑”。

这个“大脑”的核心，就是那个在自动化领域，如雷贯耳，却又让无数工程师“闻风丧胆”的东西——PID控制算法。

PID，即比例（Proportional）、积分（Integral）、微分（Derivative）。这是一种最经典、也最广泛应用的闭环反馈控制算法。它的原理，简单来说，就像一个经验丰富的司机在开车。

比例（P），就像司机看到了前方路况（误差），然后，根据距离的远近，决定踩下油门或刹车的力度。误差越大，踩得越狠。

积分（I），则像司机的“记忆力”。他会记住过去一段时间里，所有的累积误差。如果车子一直偏离车道中心线，哪怕偏离得很小，他也会不断地、持续地修正方向盘，直到把这个累积的误差，彻底消除。

而微分（D），则像司机的“预判能力”。他能根据误差变化的“趋势”，来提前做出反应。如果他看到前方的车辆，正在快速地减速，他就会提前松开油门，而不是等到快撞上了，才猛踩刹车。

这三个参数，听起来，简单明了。

但林浩很快就发现，想把这三个“性格迥异”的家伙，完美地，调校到一起，让它们能像一个配合默契的乐队一样，协同工作，这，简直是一门“玄学”。

他开始了他人吃卯粮中，又一段“炼狱”般的调试之旅。

他先是把自己关在宿舍，从网上，找来了大量的、关于PID算法的教程和代码。他那颗充满了逻辑性的理科生大脑，再次发挥了作用。他很快，就在Arduino的编程环境里，写出了一个最基础的PID控制程序。

然后，他将这个程序，烧录进单片机，连接上甩带机的铜辊电机驱动模块，开始了第一次“空载测试”。

他的目标很简单：让铜辊的转速，能够精准地、快速地，达到并稳定在他设定的任何一个目标值上。

然而，当他第一次，在控制程序里，输入目标转速“3000转/分钟”时，现实，就给了他一记响亮的耳光。

他看到，电机的转速，像一个喝醉了酒的醉汉，先是猛地，冲到了三千五百转，远远地，超过了目标值（超调过大）。然后，它又迅速地，掉了下来，掉到了两千五百转。接着，又再次冲上去，再掉下来……

整个系统，在目标值附近，来来回回，像一个失控的钟摆一样，剧烈地振荡，迟迟无法稳定下来。

“P值太大了。”林浩根据自己刚学到的理论，做出了判断。比例项的反应太“激烈”了，一看到误差，就猛踩油门，结果，次次都冲过头。

于是，他减小了P值。

这一次，振荡，确实减小了。但是，新的问题，又出现了。

他发现，无论他怎么等，电机的最终转速，总是稳定在两千九百五十转左右，离他设定的三千转，永远，都差那么一点点。

“静态误差。”林浩的脑海里，又冒出了一个专业名词。这是因为P值太小，当误差变得很小时，它的“纠错”力度，已经不足以，去克服电机本身的摩擦力等固有阻力了。

“看来，得让‘积分项’出马了。”

他开始，在他的代码里，加入积分（I）的计算。他要让这个有“记忆力”的参数，去不断地累积那个微小的静态误差，然后，持续地，给系统一个“加油”的信号，直到，那个误差，被彻底消除。

然而，当他兴冲冲地，再次进行测试时，他发现，自己，捅了更大的“马蜂窝”。

积分项的加入，确实，消除了静态误差。电机的转速，最终，可以精准地，稳定在三千转了。

但是，它的“反应”，也变得，像一个反射弧超长的老大爷。

当他下达指令后，系统需要很长一段时间，才能慢悠悠地，达到目标。而且，由于积分项会累积过去所有的误差，导致系统在启动初期，产生了巨大的“积分饱和”，超调，变得比之前还要严重！

更要命的是，当他试图，去改变目标转速时，整个系统，会因为之前累积的积分，而产生巨大的“惯性”，反应迟钝，甚至，再次陷入剧烈的振荡。

林浩感觉，自己要疯了。

他发现，P、I、D这三个参数，就像三个互相看不顺眼的、脾气古怪的大爷。P大爷性如烈火，I大爷稳如老狗，而D大爷（林浩还没来得及加），则是个神经质的“预言家”。想让他们三个和平共处，简直比登天还难。

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