PID非常好的光感巡线思路
编程哪一家比较好在这篇文章里所有的代码都不是真正的程序代码，只是
作者对编程的示意，或者说是用类似程序代码的方式对
编程的内容进行解释。作者希望读者能自行选择程序语言，自己完成PID控制器的编程。
PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装
置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID 控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编
程的LEGO机器人上创建PID控制器。
文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡
线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用
到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文
是写给那些对PID几乎没有任何概念的读者，比如参加FLL比赛的3~8年级的孩子们。考虑到大家可能不了解微积分，因此我尽量不使用微积分，从非常低的起点开始
建造整个概念。先来看看一个适于巡线的机器人是什么
样的结构。看下图，这个机器人用两个马达驱动，分别
与车轮A、C连接，前端装有垂直向下的光电传感器，红圈标出的部分就是光电传感器能&ldquo；看到&rdquo；的
部分。带箭头的大长方形表示机器人的其余部分，箭头
指示机器人的运动方向。
巡线是机器人的基本技术，也是大家学习机器人时最先要做的。能够巡线的自动装置具有机器人的全部特点：使用传感器收集周围环境的信息，并据此调整机器人的运动状态。巡线机器人可以使用1个光电传感器、2个光电传感器、一打光电传感器或者装上你所有的光电传感器。实际上，你使用的光电传感器越多，巡线的效果越好。只使用1个光电传感器也可以让机器人精确的巡线（即使线条是有弧度的），但是机器人移动过快时容易&ldquo；飞线”（&ldquo；飞线
”—&mdash；指机器人脱离线条，不能继续沿着线移动）。一般来说，使用的传感器越多，巡线的速度越快。现在我们来试验第一个方法（非PID方式）。巡线其实是让机器人沿着线的边缘走，因为如果沿着黑线本身走，当机器人偏离黑线，传感器&ldquo；看到白
&rdquo；时，我们不知道机器人到底在线的哪一边，是在线的右边还是左边？如果沿着线的边缘走，当光电传感器&ldquo；看到白”，我们知道机器人在线边缘（线）的左边，当光电传感器&ldquo；看到黑”，我们知道机器人在线边缘的右边（在线上）。因为机器人跟随的是线条的左边，因此这种方式被称为&ldquo；左手法则”。我们需要知道当光电传感器&ldquo；看到
白&rdquo；和&ldquo；看到黑&rdquo；时返回的读数值。一个典型的非校准传感器（数值0~100）&ldquo；看到白
&rdquo；会返回50，&ldquo；看到黑&rdquo；会返回40。我们可以在一条数据线段上标出光电传感器的读值，来帮助我们理解如何将光电传感器的读值变化转变为机
器人的运动变化。以下是我们画出的从&ldquo；白&rdquo；到&ldquo；黑&rdquo；的光电传感器读值。
我们把这个数值线段平分为两部分：当光电传感器值小
于45，让机器人左转；当光电传感器值大于45，让机器人右转。在这里，我们不考虑机器人的转向动作的精确性。在相对较直的线上，机器人的转向动作可以比较细小；在有很多弯的线上，机器人通常要有明显的转向动作。做动作细小的转向时，你可以把速度快的轮子的马
力值设置为50%，速度慢的轮子的马力值设置为20%。有很多弯的现上做明显转向动作时，你可以在快的轮子上
设置30%的马力值，在慢的轮子上使用缓停或停止。无
论你在轮子上设置什么数值的马力值，在做左右不同转
向时，这个设置应该是一样的，即在一侧的轮子上设置
较大的马力值，在另一侧轮子上设置较小的马力值（或设置为停止）。
这种巡线方式能够完成巡线任务，但效果并不是很好。
在比较直的线上完成巡线任务，在编程中设置动作细小
的转弯方式，整体巡线效果看起来还算不错；但是如果
线上有较大的弯度，你又采用明显的转向动作让机器人
完成巡线，机器人就会来回摆动，横向穿过线条。机器
人只&ldquo；知道&rdquo；两件事情：转左和转右。用这
种方法巡线，通常机器人的速度不会很快，而且看起来
很糟糕。即使线是直的，这种方法也不能使机器人走直线，甚至不能完全对准线的边缘。如何使巡线更有效率呢？
让我们来调整一下。把光电传感器的读值线段分成三部分。当光电传感器值低于43时，我们让机器人转左。光电传感器值在44到47之间时，我们让机器人直行。光电传感器值大于47时，我们让机器人转右。这在NXT-G程序中，可以在判断模块中选择yes/no来实现。你实际上只需做两次判断，而不是三次。
第二种巡线方式效果比第一种方式好的多。至少机器人
有时会直接向前走了。与第一种巡线方式一样，你依然
要根据线的曲直特点来决定使用哪种转向方式（细小或者明显的转向动作）。机器人依旧会有相当数量
的来回摆动。精明的读者也许会想&ldquo；如果使用3个光电传感器是不会比2个光电传感器要好些呢？在增加更多的光电传
感器会怎样？&rdquo；这就是PID的开始了。
“PID&rdquo；中的“P”：比例控制是关
键
如果我们把光电传感器读值的数据线段分成更多的段，会怎样呢？我们要解决的第一件事情是，当光电传感器读值的数据线段的分段数超过3段时，要如何确定
“turn（转向）&rdquo；的取值。在我们的第一种巡线方式啊中，机器人只做两件事情，转左或转右，
“turn（转向）&rdquo；的数值是一样的，只是方向不同。在第二种巡线方式中，我们在左右两个转向的基础上加上了&ldquo；直行”。在光电传感器读值的数据线段分段超过3个时，我们需要更多&ldquo；种类
&rdquo；的“turn（转向）”。为了帮助理解&ldquo；更多种类的turn（转向）”，我们重新画出光电传感器读值的数据线段，并把它转换为图形。X
轴（水平线）为光电传感器读值值，与上面的光电传感器读值的数据线段一样。Y轴（垂直线)是“turn（转向）&rdquo；轴。
左边的图形表示的是我们第一种巡线方式—&mdash；将光电传感器读值分成两段的情况，机器人只能做两件事（用蓝的线表示），转左或转右，除了方向以外，转向值是一样的。中间的图形是第二种巡线方式
—&mdash；将光电传感器读值分成三段的情况，中间增加的一段是机器人直行的部分（turn=0），转向部分

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。