[EV3]PID循跡控制

光感測器校準

利用EV3套件中的顏色感測器作為光感測器，所以我們選擇反射光(Reflected Light Lintensity)模式，我們將存放兩個變數，黑色與白色兩個顏色，該反射光的值僅僅是一個介於0和100的光感測器讀取的值。

校準流程圖

在這邊添加了一個觸碰感測器，讓機器人可以記錄光值，將他放在白色表面，按下觸碰感測器記錄此讀值，黑色也重複動作記錄下數值，每次啟動機器人都要先進行校準，因為在不同的環境或光線下使用，在黑色和白色表面上的數值會有差異，所以每次到新的環境就必須先進行光感測值的校正。

光感測值校正程式圖

基本循跡控制

        當我們有了校準後的數值後，我們可以先從最簡單的方式循線，在該路徑上行走的機器人會得到一個數值，如果低於中間數值，我們就移動到一側，反之亦然。

基本循跡控制流程圖

        這個概念非常簡單，只是讓一邊車輪轉動的比另一邊快，可以發現缺乏直線的概念，當走直線時會開始圍繞著震盪，因為我們只設定的兩種狀態，左轉與右轉，我們必須要能夠辨別更多的狀態與數值的差異。

基本循跡控制程式圖

循跡控制結合P Controller

      如果只是基本的控制左右轉彎啟動會相當的不協調，在這邊我們加上了比例的概念，使其接受的改變數值越大，轉彎的程度和給予馬達的功率就越大，馬達的馬力設為常數使用Move Steering模式可直接控制左右轉幅度設為M_s

      其中Kp是一個常數，幫我們調整P控制器。Kp越大時轉彎處越可能發生錯誤，Kp值如果太大會發現機器反應過度，並且難以控制 

P控制流程圖

在程式裡，與基本控制相異不大，只做了參數上的調整與校正。

P控制程式圖

        剛開始設定Kp=1去做測試，如果機器人不能跟著即時轉彎表示Kp值不夠，再增加其值，相反的，如果機器人過於震盪就必須減低Kp值，因此Kp值需要測試出最適合的值。

PID Controller

        PID控制器又在加上了兩個控制參數，積分以及微分部分。

 PID控制圖

        PID控制的基本概念是把微小誤差加進去，在互為作用的過程中，期望誤差必須趨近於零，E為Error，Kil為最後一次Ki。

        最後一個部份是微分，在控制器裡增加儲存器的概念，嘗試猜測之前的錯誤經驗， E_l為最後一次的Error。

PID控制流程圖

依據PID控制理論可以計算出下列變量，馬達旋轉量(Turn) = Kp * (現在的偏差量) + Ki * (過去的偏差量) + Kd * (未來的偏差量)，最後使用Ziegler-Nichols Method，來調整PID的每個參數。