PID算法基本原理

PID算法是控制行业最经典、最简单、而又最能体现反馈控制思想的算法，PID算法利用反馈来检测偏差信号，并通过偏差信号来控制被控量。而控制器本身就是比例、积分、微分三个环节的加和。其功能框如图1所示：

考虑在某个特定的时刻t，此时输入量为rin(t)，输出量为rout(t)，于是偏差就可计算为err(t)=rin(t)-rout(t)。于是PID的基本控制规律就可以表示为如下公式：

其中Kp为比例带，TI为积分时间，TD为微分时间。当得到系统的输出后，将输出经过比例、积分、微分3种运算方式，叠加到输入中，从而控制系统的行为。

比例就是用来对系统的偏差进行反应，所以只要存在偏差，比例就会起作用。积分主要是用来消除静差，静差是指系统稳定后输入输出之间依然存在的差值，而积分就是通过偏差的累计来抵消系统的静差。微分则是对偏差的变化趋势做出反应，根据偏差的变化趋势实现超前调节，提高反应速度。

AGV采用的是两级PID串联的形式：

其中第一层控制车轮速控制，AGV采用左右两轮差速控制，车速控制采用的是增量式PID控制，PID的输出为实际电机的PWM输出增量，输入为电机实际要到达的速度，通过编码器实时检测电机转速仅反馈，控制模型如图2所示：

第二层控制为AGV的寻磁位置控制，AGV通过寻磁模块检测AGV在磁导线上的偏移，根据AGV的车速，输出AGV应该输出的左右轮差速值，最终和AGV本身的车速PID控制进行串联调控，实现AGV的寻磁调控，其AGV的整体控制模型如下图3所示。

PID算法的基本特点

前面讲述并且实现了PID控制器，包括位置型PID控制器和增量型PID控制器。界限来我们对这两种类型的控制器的特点作一个简单的描述。

位置型PID控制器的基本特点：

位置型PID控制的输出与整个过去的状态有关，用到了偏差的累加值，容易产生累积偏差。
位置型PID适用于执行机构不带积分部件的对象。
位置型的输出直接对应对象的输出，对系统的影响比较大。

增量型PID控制器的基本特点：

增量型PID算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次偏差值有关，计算偏差的影响较小。
增量型PID算法得出的是控制量的增量，对系统的影响相对较小。
采用增量型PID算法易于实现手动到自动的无扰动切换。

速度环PID实现

智慧工厂的AGV系统主要有三大部分组成，从下到上依次为AGV本体，AGV网关，和AGV调度系统。AGV本部分主要负责的是AGV定位和控制。AGV网关主要负责AGV的调度和AGV数据的转发（上位机可以控制多个AGV）。而AGV调度系统主要负责的与工厂自动化相关的工艺环节，比如对工厂的路径进行规划，对AGV的ID进行设置，接收工厂管理控制系统（MES系统）的命令，并且进行命令的转换和发送。