第一十八章 精彩講課

很多完整上過《自動控制原理》的學生，都很可能被一整本的複雜理論描述搞得暈頭轉向，什麼極點、奈奎斯特，搞到最後，書本學完了，還是不能學以致用。

「你們六個，還有金榜，竇真，認真地把這段話記下來，這就是PID的本質，這就是自動控制的精髓。」周峰眼眶有些濕潤，接著布置了任務，讓劉牧做一期1小時的PID講解。

六個本科生有些傻眼。

其中擔任隊長的韓開雲忍不住道：「學弟是華二理科班，我也是，比你高三屆。」

有一種被博士訓哭尚可接受，但是讓高中師弟教我？丟不起臉。

章涵的臉色更冷，說：「一句概括的說明，沒辦法讓平衡車跑起來。」

平衡車就是典型PID閉環系統。

周峰擺了擺手，說：「反正就1個小時，姑且聽聽唄，劉牧，怎麼樣？可敢一試。」

一顆勇往無前的學霸之心，根本就不會畏懼台下的聽眾是誰。

即便是院士又如何？

孔子尚且說，三人行必有我師。

劉牧回：「沒問題。」

組會結束，章涵抱著電腦率先走了。

竇真過來跟劉牧閑談，誇獎了他幾句，然後小聲問：「小師弟，你跟周老師什麼關係？他真特別喜歡你，說起你，我看他眼珠子放光哦。」

金榜替劉牧解釋一二，拉著他走。

「再見，真逗師姐。」

兩人走出學院，金榜才說：「你剛才說真逗師姐了。」

「有嗎？我說竇真吧。」

「哎，隨便啦，周老師真把你當親兒子，那你叫什麼，竇師姐都不會生氣，她就是科研界的恥辱敗類，不自己搞科研，整天想著歪門邪道的捷徑心思。」

劉牧不解。

「你以後就知道啦，反正這位姐也是奇人，用一個詞語形容就是科研婊。」

回到宿舍，劉牧就著手準備PID的講稿。

周峰很貼心地把自己的講稿發過來參考。

同一個系統，各種參數也時刻變化著。

平衡車在平整的路上、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，而這些種種，都只是通過PID來控制。

有趣。

越看下去，思考越深入，劉牧對PID越著迷。

凌晨四點。

金榜起床上廁所，看到劉牧那邊的USB小燈還亮著，揉了揉眼睛，迷瞪瞪說：「你還不睡啊。」

劉牧還在思考PID的終極含義。

上午九點半，信院，周峰副教授會議室。

六名本科生全部到位。

竇真來了，笑眯眯給劉牧加油。

章涵也抱著電腦來了，只是他的目光一直盯著電腦。

金榜也必須得出席。

周峰看到劉牧的黑眼圈，一陣心疼，心下埋怨自己應該給更多的準備時間。

劉牧的眼神很明亮，絲毫沒因為場下坐下副教授、博士、碩士、本科生而露怯。

也不廢話，開始說起。

「今天，我就來說一下自動控制PID，P為比例，I為積分，D為微分，到底什麼是PID？」劉牧的颱風穩健而自信，「請韓開雲師兄來配合我一下，講台前這條線是目標，師兄，你需要遵守兩個原則，儘可能快到達目標，儘可能小的越過目標。」

韓開雲站起來不太情願，從起始點開始慢悠悠往目標點走去，烏龜爬的停在目標位置。

「韓師兄你要儘可能快速過來。」

這一次跑得很快。

韓開雲已經不知道自己跑第幾次了。

滿頭汗水。

劉牧又讓另一隻隊伍的隊長大二學生史境出來跑。

韓開雲氣喘吁吁的坐下。

觀看過多次跑步后，史境總結出：最佳策略應該是跑過目標，再往回折返一步。

「PID的本質就是儘快、盡少超調地達到目標值。」

這句話說完，一直盯著電腦屏幕的章涵抬起頭看了一眼，沉思片刻，繼續看電腦。

竇真一直在看跑步的熱鬧，覺得好有趣。

金榜若有所悟。

周峰很認真很嚴肅地說道：「你們六個牢牢記住這句話，PID的本質就是儘快、儘快超調地達到目標。」

不愧是親傳弟子呀。

周峰心中又激動又喜悅，越看越喜歡劉牧。

接下來，劉牧又舉了一個燒鍋爐的例子。

……

「那為什麼PID就可以不考慮具體細節，只需要合適的三個參量即可，卻能適應各種系統呢？」

「這就是因為世間萬物都可以用比例、積分、微分來逼近，就好像數學中每一個函數都能展開為級數形態。」

高屋建瓴！周峰越聽越覺得上頭，聽小牧講課太享受。

形而上、淺入淺出。

接著，劉牧就展示了一副PID逼近目標的動圖。

能夠非常清晰地看到P、I、D的作用。

觀看了10次，差不多10分鐘之後，六名本科生都大受震撼。

配圖也很有意思。

章涵沒抬頭，漠然問道：「有些動態性要求很高的系統，只採用PD控制，PD會有什麼問題？」

這問題很考驗理解深度。

「章師兄這個問題很好。」劉牧不緊不慢說，「我先說一個小故事，古時候有很吝嗇的地主，為了讓驢子一刻不停的幹活，會在驢子嘴邊放一個蘿蔔，驢子看到蘿蔔就會一直往前追，但是一直吃不到蘿蔔，章師兄所說的PD控制就會出現這個問題。」

哦！六名本科生一下懂了。

韓開雲說：「就是始終保持一個距離，卻死活達不到。」

「對的，韓師兄總結很好，這就是靜差，而積分環節就是消除靜差的關鍵……」

……

一個小時講完自動控制PID。

你聽懂了嗎？

周峰副教授帶頭鼓掌，講得太好了。

金榜嘖嘖也用力拍手。

沉浸在思考中的六位本科生反應過來也羞澀的認可。

竇真很激動地鼓掌，喊道：「太優秀了。」

章涵抬頭看了一眼，又看回電腦屏幕，從電腦包里拿出一個小盒子，推了出去，說：「實際調參一個項目，成功了再說吧。」

電機連接著角速度感測器，角速度感測器的軸上掛著一個如時針的大箭頭，大箭頭上有幾塊不規則的配重；另外一側，則是紅外距離感測器。

輸入信號是距離，轉化為電壓，作為目標值。

控制量則是角度感測器的位置。

控制器是小巧的ArduinoMicro。

章涵把小設備通電，然後手掌放在紅外測距感測器前面，隨著他手掌與測距感測器的距離變化，角度感測器軸上的指針就穩穩停在對應的位置。

響應快速，且無抖動。

由於指針的不同位置設置了不規則配重塊，也就是說指針的任何角度受力都差異很大。

這無疑是極為優越的自控演算法程序。

刷掉了程序，留下一句話：「後天上午電賽選題了，想做自控題，先在明天晚上之前把參數和代碼調試出來再說。」

說完，章涵抱著電腦，瀟洒而去。

金榜心說，章師兄強是強的，就是愛裝B。

六名本科生有些發憷。

短短一周半的接觸，對章博士產生PTSD。

周峰說道：「劉牧，你帶他們六個調試一下，金榜，你還是當助教。」

「好的，周老師。」

金榜很愉快地答應下來。

這一段程序代碼其實很複雜。

劉牧思索片刻，就開始動手嘗試。

寫代碼花了20分鐘，調試PID參數大概30分鐘。

指針總算能夠隨著手掌距離變化而轉動起來。

只是不夠順滑，且指針有很明顯的抖動現象。

章涵夾著電腦又走了進來，看了一會兒劉牧的調試過程。

他哼了一聲，嗤之以鼻道：「我之前的代碼是花了一周時間，反覆修改優化，達到了產品級的動態性和穩定性，你這代碼僅僅是實現功能，你要知道實現功能和產品級之間，有條巨大的鴻溝；不過，你一個高二學生做到功能實現，也比他們七個廢柴強很多了。」

七個？金榜很不爽，為什麼要帶上我。

六名本科生頓時臉色一黑。

章涵不管別人看法，繼續問：「你們知道這其中的難點在哪兒嗎？難在哪兒都不知道，會讓你們坐井觀天，幼稚而不自知。」