第18章 精彩讲课
很多完整上过《自动控制原理》的学生，都很可能被一整本的复杂理论描述搞得晕头转向，什么极点、奈奎斯特，搞到最后，书本学完了，还是不能学以致用。
“你们六个，还有金榜，窦真，认真地把这段话记下来，这就是PID的本质，这就是自动控制的精髓。”周峰眼眶有些湿润，接着布置了任务，让刘牧做一期1小时的PID讲解。
六个本科生有些傻眼。
其中担任队长的韩开云忍不住道：“学弟是华二理科班，我也是，比你高三届。”
有一种被博士训哭尚可接受，但是让高中师弟教我？丢不起脸。
章涵的脸色更冷，说：“一句概括的说明，没办法让平衡车跑起来。”
平衡车就是典型PID闭环系统。
周峰摆了摆手，说：“反正就1个小时，姑且听听呗，刘牧，怎么样？可敢一试。”
一颗勇往无前的学霸之心，根本就不会畏惧台下的听众是谁。
即便是院士又如何？
孔子尚且说，三人行必有我师。
刘牧回：“没问题。”
组会结束，章涵抱着电脑率先走了。
窦真过来跟刘牧闲谈，夸奖了他几句，然后小声问：“小师弟，你跟周老师什么关系？他真特别喜欢你，说起你，我看他眼珠子放光哦。”
金榜替刘牧解释一二，拉着他走。
“再见，真逗师姐。”
两人走出学院，金榜才说：“你刚才说真逗师姐了。”
“有吗？我说窦真吧。”
“哎，随便啦，周老师真把你当亲儿子，那你叫什么，窦师姐都不会生气，她就是科研界的耻辱败类，不自己搞科研，整天想着歪门邪道的捷径心思。”
刘牧不解。
“你以后就知道啦，反正这位姐也是奇人，用一个词语形容就是科研婊。”
回到宿舍，刘牧就着手准备PID的讲稿。
周峰很贴心地把自己的讲稿发过来参考。
同一个系统，各种参数也时刻变化着。
平衡车在平整的路上、上坡、下坡都不同，30公斤的孩子和80公斤的成年人更加不同，而这些种种，都只是通过PID来控制。
有趣。
越看下去，思考越深入，刘牧对PID越着迷。
凌晨四点。
金榜起床上厕所，看到刘牧那边的USB小灯还亮着，揉了揉眼睛，迷瞪瞪说：“你还不睡啊。”
刘牧还在思考PID的终极含义。
上午九点半，信院，周峰副教授会议室。
六名本科生全部到位。
窦真来了，笑眯眯给刘牧加油。
章涵也抱着电脑来了，只是他的目光一直盯着电脑。
金榜也必须得出席。
周峰看到刘牧的黑眼圈，一阵心疼，心下埋怨自己应该给更多的准备时间。
刘牧的眼神很明亮，丝毫没因为场下坐下副教授、博士、硕士、本科生而露怯。
也不废话，开始说起。
“今天，我就来说一下自动控制PID，P为比例，I为积分，D为微分，到底什么是PID？”刘牧的台风稳健而自信，“请韩开云师兄来配合我一下，讲台前这条线是目标，师兄，你需要遵守两个原则，尽可能快到达目标，尽可能小的越过目标。”
韩开云站起来不太情愿，从起始点开始慢悠悠往目标点走去，乌龟爬的停在目标位置。
“韩师兄你要尽可能快速过来。”
这一次跑得很快。
韩开云已经不知道自己跑第几次了。
满头汗水。
刘牧又让另一只队伍的队长大二学生史境出来跑。
韩开云气喘吁吁的坐下。
观看过多次跑步后，史境总结出：最佳策略应该是跑过目标，再往回折返一步。
“PID的本质就是尽快、尽少超调地达到目标值。”
这句话说完，一直盯着电脑屏幕的章涵抬起头看了一眼，沉思片刻，继续看电脑。
窦真一直在看跑步的热闹，觉得好有趣。
金榜若有所悟。
周峰很认真很严肃地说道：“你们六个牢牢记住这句话，PID的本质就是尽快、尽快超调地达到目标。”
不愧是亲传弟子呀。
周峰心中又激动又喜悦，越看越喜欢刘牧。
接下来，刘牧又举了一个烧锅炉的例子。
……
“那为什么PID就可以不考虑具体细节，只需要合适的三个参量即可，却能适应各种系统呢？”
“这就是因为世间万物都可以用比例、积分、微分来逼近，就好像数学中每一个函数都能展开为级数形态。”
高屋建瓴！周峰越听越觉得上头，听小牧讲课太享受。
形而上、浅入浅出。
接着，刘牧就展示了一副PID逼近目标的动图。
能够非常清晰地看到P、I、D的作用。
观看了10次，差不多10分钟之后，六名本科生都大受震撼。
配图也很有意思。
章涵没抬头，漠然问道：“有些动态性要求很高的系统，只采用PD控制，PD会有什么问题？”
这问题很考验理解深度。
“章师兄这个问题很好。”刘牧不紧不慢说，“我先说一个小故事，古时候有很吝啬的地主，为了让驴子一刻不停的干活，会在驴子嘴边放一个萝卜，驴子看到萝卜就会一直往前追，但是一直吃不到萝卜，章师兄所说的PD控制就会出现这个问题。”
哦！六名本科生一下懂了。
韩开云说：“就是始终保持一个距离，却死活达不到。”
“对的，韩师兄总结很好，这就是静差，而积分环节就是消除静差的关键……”
……
一个小时讲完自动控制PID。
你听懂了吗？
周峰副教授带头鼓掌，讲得太好了。
金榜啧啧也用力拍手。
沉浸在思考中的六位本科生反应过来也羞涩的认可。
窦真很激动地鼓掌，喊道：“太优秀了。”
章涵抬头看了一眼，又看回电脑屏幕，从电脑包里拿出一个小盒子，推了出去，说：“实际调参一个项目，成功了再说吧。”
电机连接着角速度传感器，角速度传感器的轴上挂着一个如时针的大箭头，大箭头上有几块不规则的配重；另外一侧，则是红外距离传感器。
输入信号是距离，转化为电压，作为目标值。
控制量则是角度传感器的位置。
控制器是小巧的ArduinoMicro。
章涵把小设备通电，然后手掌放在红外测距传感器前面，随着他手掌与测距传感器的距离变化，角度传感器轴上的指针就稳稳停在对应的位置。
响应快速，且无抖动。
由于指针的不同位置设置了不规则配重块，也就是说指针的任何角度受力都差异很大。
这无疑是极为优越的自控算法程序。
刷掉了程序，留下一句话：“后天上午电赛选题了，想做自控题，先在明天晚上之前把参数和代码调试出来再说。”
说完，章涵抱着电脑，潇洒而去。
金榜心说，章师兄强是强的，就是爱装B。
六名本科生有些发憷。
短短一周半的接触，对章博士产生PTSD。
周峰说道：“刘牧，你带他们六个调试一下，金榜，你还是当助教。”
“好的，周老师。”
金榜很愉快地答应下来。
这一段程序代码其实很复杂。
刘牧思索片刻，就开始动手尝试。
写代码花了20分钟，调试PID参数大概30分钟。
指针总算能够随着手掌距离变化而转动起来。
只是不够顺滑，且指针有很明显的抖动现象。
章涵夹着电脑又走了进来，看了一会儿刘牧的调试过程。
他哼了一声，嗤之以鼻道：“我之前的代码是花了一周时间，反复修改优化，达到了产品级的动态性和稳定性，你这代码仅仅是实现功能，你要知道实现功能和产品级之间，有条巨大的鸿沟；不过，你一个高二学生做到功能实现，也比他们七个废柴强很多了。”
七个？金榜很不爽，为什么要带上我。
六名本科生顿时脸色一黑。
章涵不管别人看法，继续问：“你们知道这其中的难点在哪儿吗？难在哪儿都不知道，会让你们坐井观天，幼稚而不自知。”
“你们六个，还有金榜，窦真，认真地把这段话记下来，这就是PID的本质，这就是自动控制的精髓。”周峰眼眶有些湿润，接着布置了任务，让刘牧做一期1小时的PID讲解。
六个本科生有些傻眼。
其中担任队长的韩开云忍不住道：“学弟是华二理科班，我也是，比你高三届。”
有一种被博士训哭尚可接受，但是让高中师弟教我？丢不起脸。
章涵的脸色更冷，说：“一句概括的说明，没办法让平衡车跑起来。”
平衡车就是典型PID闭环系统。
周峰摆了摆手，说：“反正就1个小时，姑且听听呗，刘牧，怎么样？可敢一试。”
一颗勇往无前的学霸之心，根本就不会畏惧台下的听众是谁。
即便是院士又如何？
孔子尚且说，三人行必有我师。
刘牧回：“没问题。”
组会结束，章涵抱着电脑率先走了。
窦真过来跟刘牧闲谈，夸奖了他几句，然后小声问：“小师弟，你跟周老师什么关系？他真特别喜欢你，说起你，我看他眼珠子放光哦。”
金榜替刘牧解释一二，拉着他走。
“再见，真逗师姐。”
两人走出学院，金榜才说：“你刚才说真逗师姐了。”
“有吗？我说窦真吧。”
“哎，随便啦，周老师真把你当亲儿子，那你叫什么，窦师姐都不会生气，她就是科研界的耻辱败类，不自己搞科研，整天想着歪门邪道的捷径心思。”
刘牧不解。
“你以后就知道啦，反正这位姐也是奇人，用一个词语形容就是科研婊。”
回到宿舍，刘牧就着手准备PID的讲稿。
周峰很贴心地把自己的讲稿发过来参考。
同一个系统，各种参数也时刻变化着。
平衡车在平整的路上、上坡、下坡都不同，30公斤的孩子和80公斤的成年人更加不同，而这些种种，都只是通过PID来控制。
有趣。
越看下去，思考越深入，刘牧对PID越着迷。
凌晨四点。
金榜起床上厕所，看到刘牧那边的USB小灯还亮着，揉了揉眼睛，迷瞪瞪说：“你还不睡啊。”
刘牧还在思考PID的终极含义。
上午九点半，信院，周峰副教授会议室。
六名本科生全部到位。
窦真来了，笑眯眯给刘牧加油。
章涵也抱着电脑来了，只是他的目光一直盯着电脑。
金榜也必须得出席。
周峰看到刘牧的黑眼圈，一阵心疼，心下埋怨自己应该给更多的准备时间。
刘牧的眼神很明亮，丝毫没因为场下坐下副教授、博士、硕士、本科生而露怯。
也不废话，开始说起。
“今天，我就来说一下自动控制PID，P为比例，I为积分，D为微分，到底什么是PID？”刘牧的台风稳健而自信，“请韩开云师兄来配合我一下，讲台前这条线是目标，师兄，你需要遵守两个原则，尽可能快到达目标，尽可能小的越过目标。”
韩开云站起来不太情愿，从起始点开始慢悠悠往目标点走去，乌龟爬的停在目标位置。
“韩师兄你要尽可能快速过来。”
这一次跑得很快。
韩开云已经不知道自己跑第几次了。
满头汗水。
刘牧又让另一只队伍的队长大二学生史境出来跑。
韩开云气喘吁吁的坐下。
观看过多次跑步后，史境总结出：最佳策略应该是跑过目标，再往回折返一步。
“PID的本质就是尽快、尽少超调地达到目标值。”
这句话说完，一直盯着电脑屏幕的章涵抬起头看了一眼，沉思片刻，继续看电脑。
窦真一直在看跑步的热闹，觉得好有趣。
金榜若有所悟。
周峰很认真很严肃地说道：“你们六个牢牢记住这句话，PID的本质就是尽快、尽快超调地达到目标。”
不愧是亲传弟子呀。
周峰心中又激动又喜悦，越看越喜欢刘牧。
接下来，刘牧又举了一个烧锅炉的例子。
……
“那为什么PID就可以不考虑具体细节，只需要合适的三个参量即可，却能适应各种系统呢？”
“这就是因为世间万物都可以用比例、积分、微分来逼近，就好像数学中每一个函数都能展开为级数形态。”
高屋建瓴！周峰越听越觉得上头，听小牧讲课太享受。
形而上、浅入浅出。
接着，刘牧就展示了一副PID逼近目标的动图。
能够非常清晰地看到P、I、D的作用。
观看了10次，差不多10分钟之后，六名本科生都大受震撼。
配图也很有意思。
章涵没抬头，漠然问道：“有些动态性要求很高的系统，只采用PD控制，PD会有什么问题？”
这问题很考验理解深度。
“章师兄这个问题很好。”刘牧不紧不慢说，“我先说一个小故事，古时候有很吝啬的地主，为了让驴子一刻不停的干活，会在驴子嘴边放一个萝卜，驴子看到萝卜就会一直往前追，但是一直吃不到萝卜，章师兄所说的PD控制就会出现这个问题。”
哦！六名本科生一下懂了。
韩开云说：“就是始终保持一个距离，却死活达不到。”
“对的，韩师兄总结很好，这就是静差，而积分环节就是消除静差的关键……”
……
一个小时讲完自动控制PID。
你听懂了吗？
周峰副教授带头鼓掌，讲得太好了。
金榜啧啧也用力拍手。
沉浸在思考中的六位本科生反应过来也羞涩的认可。
窦真很激动地鼓掌，喊道：“太优秀了。”
章涵抬头看了一眼，又看回电脑屏幕，从电脑包里拿出一个小盒子，推了出去，说：“实际调参一个项目，成功了再说吧。”
电机连接着角速度传感器，角速度传感器的轴上挂着一个如时针的大箭头，大箭头上有几块不规则的配重；另外一侧，则是红外距离传感器。
输入信号是距离，转化为电压，作为目标值。
控制量则是角度传感器的位置。
控制器是小巧的ArduinoMicro。
章涵把小设备通电，然后手掌放在红外测距传感器前面，随着他手掌与测距传感器的距离变化，角度传感器轴上的指针就稳稳停在对应的位置。
响应快速，且无抖动。
由于指针的不同位置设置了不规则配重块，也就是说指针的任何角度受力都差异很大。
这无疑是极为优越的自控算法程序。
刷掉了程序，留下一句话：“后天上午电赛选题了，想做自控题，先在明天晚上之前把参数和代码调试出来再说。”
说完，章涵抱着电脑，潇洒而去。
金榜心说，章师兄强是强的，就是爱装B。
六名本科生有些发憷。
短短一周半的接触，对章博士产生PTSD。
周峰说道：“刘牧，你带他们六个调试一下，金榜，你还是当助教。”
“好的，周老师。”
金榜很愉快地答应下来。
这一段程序代码其实很复杂。
刘牧思索片刻，就开始动手尝试。
写代码花了20分钟，调试PID参数大概30分钟。
指针总算能够随着手掌距离变化而转动起来。
只是不够顺滑，且指针有很明显的抖动现象。
章涵夹着电脑又走了进来，看了一会儿刘牧的调试过程。
他哼了一声，嗤之以鼻道：“我之前的代码是花了一周时间，反复修改优化，达到了产品级的动态性和稳定性，你这代码仅仅是实现功能，你要知道实现功能和产品级之间，有条巨大的鸿沟；不过，你一个高二学生做到功能实现，也比他们七个废柴强很多了。”
七个？金榜很不爽，为什么要带上我。
六名本科生顿时脸色一黑。
章涵不管别人看法，继续问：“你们知道这其中的难点在哪儿吗？难在哪儿都不知道，会让你们坐井观天，幼稚而不自知。”
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