做控制時，大家經常會有這樣的感受“代碼很豐滿，現實很骨感”，這是因為將計算機指令轉移到實際硬件時，由于物體的慣性以及各種非理想化的因素影響，往往會出現實際與預期不符合的情況。


這篇文章將以“操控遙控飛機從地面飛到10米高度并懸停”為例子，用最通俗易懂的方式，讓你理解PID。在這個問題中，我們假設加速度是可以直接調控的（實際生活中往往也是這樣），因此，我們輸入的量為加速度的大小和方向（正負），而我們最終想要得到的結果就是高度穩定在10米。


首先我們來講控制方法：


控制方法主要分為“開環控制”和“閉環控制”，這兩種控制方法的簡單理解為：


開環控制：計算出飛機從地面到10米高度所需要的加速度以及作用時間，然后將其編寫為一條固定的指令，“一次執行，全過程受益”。


閉環控制：在飛機飛行的過程中，系統時刻關注飛機的狀態，并做出相應的調整。而PID控制就是最常用的閉環控制。


PID原理


一講到原理，很多人都會搬出PID公式，數學較好或者學過自控的人還好，要是遇見一個半路轉行做控制的，看見“微分”和“積分”，頭都大了。其實，由于生活中信號采樣具有一定的間隔，因此我們經常遇見的都是離散信號的控制，只需要讀懂下圖即可：
實驗與參數理解


PID的控制經常會涉及到KP、KI、KD三個參數的調節，如果盲目調節則會花較長時間，接下來我們將用直觀實驗來理解以下幾個參數的具體含義。

4.1 比例環節

計算公式為KP × 誤差，具體的含義即為誤差越大，值越大。這一點是非常直觀的，誤差越大則說明偏離預期值越遠，我們要加大“油門”，快速調整！以下是當KI、KD為0，只有KP=5的測試結果
從圖中我們可以看到雖然慢慢的想10收斂，但由于誤差越大，其“油門”越大，就像是一個“莽夫”，盡管每次都在調整，但總是用力過猛！
4.2 微分環節

計算公式為KD × (本次誤差 - 上次誤差)，對于這個公式，我們可以理解為用來中和“用力過猛”。以下是當KP=5、KD=10、KI=0的測試結果：
因此，要想消除這個干擾，就需要積分環節的加入。

4.3 積分環節

積分環節的公式為KI × 誤差累計和，用官方的語言來說，用來調整“穩態誤差”，其實，所謂的穩態誤差就可以理解為“一直存在的誤差”，也就是在本次實驗中加入的持續干擾！以下是當KP=5、KD=10、KI=0.1的測試結果：
從這次的測試中，我們看出，得到了幾乎完美的結果！

總結

對于PID參數調節，認準3個點：
P:大力出奇跡
I：消除持續存在的誤差
D：“中和”用力過猛，減少波動