PID 控制器

任务 1.1

点击「纯 P」预设按钮，观察响应曲线。预测：无人机会停在目标高度 1.0 吗？为什么没停住？

提示

看稳态误差指标 Ess——重力把无人机往下拉，纯 P 的推力与误差成正比，要平衡重力就必须留一点误差。

任务 1.2

在纯 P 基础上，慢慢增大 Ki（从 0 到 2）。观察曲线和 Ess 指标。预测：稳态误差会消失吗？代价是什么？

提示

I 会累积误差，即使误差很小，时间一长积分项也会变大，最终把误差压到 0。但累积过头会导致超调。

任务 1.3

切到「过冲」预设，再慢慢增大 Kd。观察超调 Mp。预测：D 能压住超调吗？

提示

D 看的是误差变化率——当无人机快速冲向目标时，误差在快速减小（变化率为负），D 项产生反向力"刹车"。

任务

点击「稳态误差演示」预设（Kp=2, Ki=0, Kd=0）。你会看到无人机停在目标下方一段距离——这就是稳态误差。

你的任务：只调整 Ki（保持 Kp=2, Kd=0），让稳态误差 Ess 降到 0.01 以下。

记录你最终用的 Ki 值：

提示 1

Ki 太小（如 0.3）积分太慢，需要很长时间才能消除误差。

提示 2

Ki 太大（如 5）会剧烈超调甚至振荡。试 1.5~2.5 之间。

验收标准

从 Kp=0, Ki=0, Kd=0 开始，调出一组参数满足全部指标：

• 上升时间 Tr < 1.5 秒
• 超调 Mp < 15%
• 稳态误差 Ess < 0.02
• 稳定时间 Ts < 4 秒

记录你的参数：Kp= Ki= Kd=

调参顺序建议（Ziegler-Nichols 思路）

① 先调 Kp：增大到刚好开始振荡，再退回 60%。② 再加 Kd：抑制 Kp 带来的超调。③ 最后加 Ki：消除稳态误差，从小的值开始。

任务

用你在 L3 调好的参数。点击「噪声：开」按钮（开启高度传感器噪声）。观察响应曲线和控制信号。

问题：开启噪声后，哪个分量让控制信号变得抖动剧烈？为什么？该如何缓解？

提示

D 项是对误差求导。噪声是高频抖动，求导后会放大这些高频成分。这就是为什么实际系统常对 D 项加低通滤波。