PID非常好的光感巡线思路

从P到实际的马达功率值

我们应该如何设置转向时的马达功率值呢？做转向的一个方法是：定义一个“目标功率”，我称之为"Tp"。Tp是当error（误差）=0时，机器人做直行得两个马达功率值。当error（误差）不为0时，我们用表达式Turn=K*(error)来计算如何改变两个马达的功率，一个马达的功率为Tp+Turn，另一个马达的功率为Tp-Turn。注意，因为我们的error（误差）范围是-5 到 +5，Turn（转向）的值也会有正值和负值，相当于做不同方向的转向。这正是我们所需要的，它能自动地正确设置马达功率值，确定哪一个马达速度快，哪一个马达速度慢。我们假定左侧的马达接入端口A，其功率值为Tp+Turn的值；右侧马达接入端口C，其功率值为Tp-Turn的值。当error为正时，Turn值为正，Tp+Turn的值比Tp大，左侧的马达速度加快，右侧的马达速度减慢。当error改变符号变为负值时（这就意味着机器人已经越过线的边缘，看到“黑色”了），此时Tp+Turn的值比Tp小，左侧的马达速度减慢，Tp-Turn的值比Tp大，右侧的马达速度加快。简单吗？希望我们继续往下进行时，你会理解得更清楚一点。

P控制器的虚拟代码

首先我们要测出光电传感器读取黑色和白色时的光电传感器读值。根据这两个数值，我们能够计算出offset（补偿量），将光电传感器读值减掉这个数值就可转换成error（误差）值。offset（补偿量）是白色和黑色光电传感器值的平均值。为简单起见，我假定offset（补偿量）已经测量完毕，并存储在叫做offset的变量里。（让机器人自己测量白和黑的光电传感器读值，并计算offset，会更好）
常数K被称为Kp（比例控制器中恒量K）。要为Kp设定一个初始的推测值，然后通过反复试验来修正它。我们可以根据机器人和传感器的特性估算出一个值：将Tp（目标功率）设为50，当误差为0时，两个马达都以50的功率值转动；误差范围为-5 到 +5。我们期望当误差从0变化到-5时，马达的功率值从50变化到0，就是说Kp（斜率——y的变化量除以x的变化量)为：
Kp= (0 - 50)/(-5 - 0)= 10
我们用Kp=10 将error (误差）值转换为turn(转向）值。这句话中，转换的意思是“error”（误差）每发生1个单位的变化，我们就将一个马达的功率值提高10，另一个马达的功率降低10.
虚拟代码如下：

Kp = 10 !初始化变量

offset = 45

Tp = 50

Loop forever

LightValue = read light sensor !当前光电传感器的读值

error = LightValue - offset !减去offset（补偿量）计算error（误差）

Turn = Kp * error ! “比例控制部分”, 我们希望马达的功率值改变多少？

powerA = Tp + Turn ! A马达的功率值

powerC = Tp - Turn ! C马达的功率值

MOTOR A direction=forward power=powerA !在马达模块中设置这个功率值

MOTOR C direction=forward power=powerC !设置另一个马达的功率值

end loop forever !结束这个循环，返回，进行下一次循环

复制代码

如果机器人在运行时，表现出的状态是远离线的边缘，而不是寻找线的边缘，你需要改变一下转向的方向。把Kp的值变为-10，看看会怎样。如果这样做可以纠正机器人的转向方向，就把Kp的值变回+10，将设置马达功率的两行代码做如下改动：
powerA = Tp - Turn
powerC = Tp + Turn
在这个P控制器里有两个“可调参数”和一个恒量。恒量就是offset（补偿量）（黑色和白色光电传感器读值的平均数）。你需要编写一小段程序，在巡线测试纸上用你的机器人来测量光电传感器读值。你需要测量出“black（黑）”和“white白”的光电传感器读值，然后计算平均值，并把平均值写入P控制器程序中的offset变量。几乎所有的巡线机器人都要做这一步工作，你可以人工进行，也可以通过编写程序代码让机器人自动完成。

Kp值和Tp（目标功率）值是可调参数。可调参数必须经过反复试验才能确定。Kp决定了当机器人渐渐离开线的边缘时，控制器让机器人返回线的边缘的速度有多快；Tp决定了机器人沿着线向前移动的速度有多快。
如果线比较直，你可以将Tp的值设置的高一些，提高机器人的运行速度；将Kd的值设置的小一些，使机器人的转向动作（修正）更细小。
如果线比较弯曲，尤其是有锐角弯时，要限制Tp的最大值。如果Tp超过了最大值，无论怎样设置Kp，机器人在遇到曲线时，都会因为移动过快而“飞线”（机器人脱离线条）。如果Tp值很小，机器人移动速度就会很慢，此时无论将Kp设置成任何数值，机器人都会完成巡线任务。而我们的目标就是在保证机器人能够完成巡线的情况下，让它尽可能地跑的快一点。
我们推测出了Kp的一个初始值——Kp=10。对于Tp（目标功率值），你可以从一个比较低的值开始，比如15（机器人会移动的非常慢）。试一试，看看它的运行情况。当机器人因转向过慢而出现“飞线”情况，就增大Kp，并继续尝试。如果机器人因来回摆动、过于活跃而出现“飞线”情况，就减小Kp。如果机器人巡线的状态非常好，就提高Tp，观察机器人在更快速度下的巡线情况。尽管Kp通常不会有太大的变化，对于每一个新的Tp值，你都需要确定新的Kp值。
沿着一条较直的线做巡线，通常比较简单。沿着一条弯度不大的曲线巡线，有一点难。沿着一条有急遽弯度的曲线巡线，是最难的。如果机器人移动地很缓慢，那么即便是使用非常基本的控制器，机器人也几乎可以完成任何巡线任务。我们想要的是机器人能够以非常好的速度完成巡线，能够处理有普通弯度的巡线任务（有着非常尖锐转角的巡线任务，通常需要采用更专业的巡线机器人）。
对于各种不同类型的巡线任务（线的宽度不同，转弯的尖锐程度不同等）来说，最好的P控制器很可能是不同的。换句话说，为一条特定的线和特定的机器人而调整出来的P控制器（或者PID控制器），对其他的线和机器人来说，不一定适用。程序代码可以在很多机器人（和很多巡线任务）上使用，但是Kp,Tp和offset等参数必须要针对每一个机器人和每一种应用情况重新进行调整。