ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференцирующий, PID) — это алгоритм точного управления с обратной связью, один из основных инструментов в системах управления роботами. Его задача — заставить управляемую величину (угол сустава, скорость колеса, положение платформы) как можно точнее и быстрее выйти на заданное значение и удерживать его, несмотря на помехи и нагрузку. Именно ПИД-регулятор чаще всего стоит «внутри» контура управления приводом робота.

Работает регулятор так: он вычисляет рассогласование — разницу между тем, что задано, и тем, что реально измеряют датчики, — и на его основе формирует управляющий сигнал на привод. Этот сигнал складывается из трёх составляющих:

  • Пропорциональная (П) — реагирует на текущую ошибку: чем сильнее отклонение, тем мощнее воздействие. Делает основную работу, но сама по себе оставляет небольшую остаточную ошибку.
  • Интегральная (И) — накапливает ошибку во времени и «дожимает» систему до точного значения, устраняя остаточное отклонение.
  • Дифференциальная (Д) — реагирует на скорость изменения ошибки, предугадывает и гасит резкие движения, уменьшая раскачку и перерегулирование.

Комбинируя эти три части и подбирая их коэффициенты (настройка регулятора), инженер добивается нужного поведения. Слишком «резкий» регулятор вызывает колебания и рывки, слишком «мягкий» — робот двигается вяло и медленно выходит в точку. Хорошо настроенный ПИД обеспечивает плавное, быстрое и устойчивое движение.

В робототехнике ПИД-регуляторы применяют повсеместно: для удержания угла в сервоприводе и суставе манипулятора, для поддержания скорости колёс мобильного робота, для стабилизации дрона, для балансировки двухколёсных и шагающих роботов. Часто в одном роботе работают десятки таких контуров одновременно — по одному на каждую управляемую ось. При этом на практике нередко используют упрощённые варианты (П-, ПИ- или ПД-регуляторы), если полная тройка компонент не нужна.

Источники:

  1. ПИД-регулятор // Википедия. URL:https://ru.wikipedia.org/wiki/ПИД-регулятор
  2. ПИД-регулятор в робототехнике // EduRobots. 2020. URL:https://edurobots.org/2020/02/pid-robo/