使用PID控制器以恒定速度行驶精确距离。

Question

我正在尝试通过发送带有线性速度的消息，在模拟中使机器人移动一个精确的距离。目前我的实现并不能让机器人移动一个精确的距离。以下是一些示例代码：

void Robot::travel(double x, double y)
{
    // px and py are the current positions (constantly gets updated as the robot moves in the simulation)
    // x and y is the target position that I want to go to
    double startx = px;
    double starty = py;
    double distanceTravelled = 0;

    align(x, y);
    // This gets the distance from the robot's current position to the target position
    double distance = calculateDistance(px, py, x, y);

    // Message with velocity
    geometry_msgs::Twist msg;
    msg.linear.x = 1;
    msg.angular.z = 0;

    ros::Rate loop_rate(10);
    while (distanceTravelled < distance)
    {
        distanceTravelled = calculateDistance(startx, starty, px, py);
        // Publishes message telling the robot to move with the linear.x velocity
        RobotVelocity_pub.publish(msg);
        ros::spinOnce();
        loop_rate.sleep();
    }
}

我询问了周围的人，有人建议使用PID控制器作为反馈环路来解决这个问题，但是在阅读维基百科页面后，我不太明白如何在这种情况下使用它。维基百科页面上有PID算法的伪代码，但我不知道哪个对应哪个。

previous_error = setpoint - process_feedback
integral = 0
start:
  wait(dt)
  error = setpoint - process_feedback
  integral = integral + (error*dt)
  derivative = (error - previous_error)/dt
  output = (Kp*error) + (Ki*integral) + (Kd*derivative)
  previous_error = error
  goto start

如何在速度和距离的背景下实现这个？是距离误差还是速度？能否请有经验的人帮助一下？积分是什么？导数？Kp？Ki？Kd？等等。

谢谢。

- Jigglypuff

Answer 1

针对您的问题，设定值将是（x，y）。过程反馈将是（px，py）。输出将是您需要行驶的速度。 Kp，Ki和Kd是您可以调整以获得所需行为的参数。例如，如果Kd太低，则可能会因未在接近目标时减速而超过目标。

PID控制器考虑三个因素：

误差：您希望到达的位置与您实际所在位置之间的差异

这当然是一个重要因素。如果您在点A处，您的目标在点B处，则从A到B的向量告诉您很多关于如何转向，但它并不是唯一的因素。

导数：您接近目标的速度有多快

如果您快速接近目标并且距离目标很近，则实际上需要减速。导数有助于考虑这一点。

积分：对齐误差

您的机器人可能实际上并不完全按照您的指示执行。积分有助于确定您需要补偿多少。

- Vaughn Cato

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非常感谢您的回复。那么，我需要在我的代码中添加测量时间的代码才能得到dt吗？ - Jigglypuff

@Jigglypuff：是的，如果你不知道自己采样位置的频率，那么你需要找到一种确定它的方法。 - Vaughn Cato

对于所有的 K 值，我应该在设置时进行试错，还是有一般的经验法则？ - Jigglypuff

@Jigglypuff：试错确实是一种方法。可能有一些理论可以估算好的值，但那超出了我的知识范围。 - Vaughn Cato

如果可以的话，我还有一个问题。退出循环的条件是什么？我最初使用的是（error < 0），但显然这不起作用，因为错误总是为正数。 - Jigglypuff

@Jigglypuff：也许最好的事情是当你的输出幅度低于一定容差时，你不会再取得太多进展。 - Vaughn Cato