本文是 「从 0 到 1 带你打电赛 · 小车电控篇」 系列（共 12 篇）第 8 篇。

1. 第1篇 · 拿奖逻辑：把比赛拆成小目标
2. 第2篇 · 赛题进化史与押题
3. 第3篇 · 整车搭建与代码框架
4. 第4篇 · 电机驱动与电源地基
5. 第5篇 · 感知：灰度/电磁/编码器/IMU
6. 第6篇 · PID 入门：搞懂 P/I/D
7. 第7篇 · PID 进阶：串级+工程补丁
8. 第8篇 · PID 调参实战(核心)（本篇）
9. 第9篇 · 进阶控制：几时该上
10. 第10篇 · K230 视觉与通信协议
11. 第11篇 · 状态机与整车软件
12. 第12篇 · 现场作战+避坑+开源

到这里，前面几篇我们已经把单环、串级、还有那一堆”不做就翻车”的工程补丁都讲过了。但你大概率会有个困惑：道理我都懂，可参数到底怎么调出来？P 设多少？I 加到哪算够？车在地上画龙的时候，我该动哪个数？

这一篇就是来解决”动手”这件事的。它是整个系列里最该被你打印出来贴在调试桌上的一篇——一套从简单到难、可以照抄的调参流程，外加一张”看波形治百病”的诊断表。调参这事说穿了不玄学，它有固定套路，也有趁手工具。我们一步步来。

先把心态摆正：调参是”有顺序地试出来”，不是”算出来”

很多新手一上来就想找一组”标准参数”抄进去，结果发现别人的 Kp=500 抄到自己车上直接飞出去。

那调参靠什么？靠一套固定的顺序，配上眼睛看波形。这就像考驾照练科目二：不是背一个”方向盘打几圈”的万能数字，而是练出”看到库角到哪个位置就开始回方向”的手感。手感从哪来？从一遍遍试、一遍遍看结果来。我们要做的，就是把”试”这件事变得有章法、不瞎试。

整套流程可以浓缩成一句口诀：先内环后外环，先 P 后 I 后 D，参数从小往大加。 下面拆开讲。

调参总流程：四步走，照着做

第 0 步：先验机械和极性，别让控制环背锅

这一步最容易被跳过，但跳过它你后面会调到怀疑人生。

很多”PID 怎么调都不对”的情况，根子根本不在参数上，而在机械和反馈信号本身就是错的：编码器联轴器松了导致测速跳变、电机没固定牢一加速就晃、舵机中值没标定导致你以为在走直线其实车在跑偏。还有一种很坑的情况——低速时一切正常，一提速或者一换地面，机械松动才暴露出来。所以宁可一开始就把它排查干净。

还有一个必做动作：确认反馈极性。方法很土但极其有效——用手去转车（或拨动轮子），如果你给的是正 Kp，车应该”反抗”你这个动作（这才是负反馈）；如果车顺着你的手越转越欢，说明极性反了，那就是正反馈，再怎么调参数车都会原地打转或直接失控。极性反了，把符号取反，或者把电机两根线对调即可。

舵机车还要先标定中值、左右极限并限幅（脉宽夹在安全范围内）。标准 RC 舵机周期 20ms（50Hz），脉宽常用范围约 0.5~2.5ms，1.5ms 附近是中位。机械没装好、舵机没标好，PID 再准也救不回来。

第 1 步：先单独调好速度内环

串级系统里，永远先调内环。原因很直白：外环（方向/位置）看到的”被控对象”其实是”内环 + 电机”这个整体。如果内环本身就晃晃悠悠不稳定，你在它外面套外环，调出来的参数换个工况就废了。

具体怎么调（速度环一般用增量式 PID）：

1. 把车架空或低速直线跑，给一个固定的目标速度。
2. 先给一个很小的 I，让车能慢慢爬到目标速度（增量式里乘当前误差 $e$ 的那个系数承担”积分”角色，它负责消除稳态转速误差）。
3. 再缓慢加 P，让响应变快——目标速度一变，实际速度要快速跟上去。
4. P 一直加到编码器波形开始出现小幅高频抖动，就回退一点点。
5. D 一般很小或者干脆不加（编码器测速本身就有噪声，D 会把它放大成抖动）。

增量式速度环只需要做输出限幅（不像位置式还得专门做积分限幅），因为它本身不显式累加积分，天然抗积分饱和、误动作影响小——算错一次只是微微抖一下，而不是猛地一窜。

第 2 步：再调方向 / 位置外环

内环稳了，外环此时看到的就是一个”快速、稳定”的等效环节，可以像调普通单环 PID 那样慢慢来。

方向环一般用位置式 PD（多数情况不加 I）：

1. 从 D=0、只加 P 开始。P 慢慢加大到车能基本跟住线 / 跟住目标方向，但过弯时略冲、直道有点画龙。
2. 再加 D，压住过冲和直道的蛇形抖动。

关于方向环要不要加 I，这里要说句更准确的话：

第 3 步：提速，然后到赛场复调

低速时系统更宽容、容易看清振荡，所以前面都是先慢速调通。调稳之后再逐步把基础速度提上去。

实战里就有人这么干：某 2024 电赛 H 题循迹分享里，直线用 Kp=500 / Kd=0，弯道单独用 Kp=900 / Kd=200，两套动态参数切换跑（来源）。

从临界振荡起步：试凑法标准步骤

上面是”流程顺序”，那每一个环具体怎么把 P 加上去？这里有个经典的标准动作。

试凑法（先 P 后 I 后 D）：

1. 把 I、D 都去掉（只留 P）。
2. 把 Kp 从小往大加，一直加到系统出现等幅振荡（不收敛也不发散，匀速来回晃）。
3. 把 Kp 减小到振荡刚好消失，再取这个值的 60%~70%（或者干脆乘 0.6）作为最终 P。
4. 需要消静差就加 I：积分时间 Ti 先设一个大初值，逐步往小减，减到出现振荡，再回头把它加大到 150%~180%。
5. 需要压超调就加 D：Td 一般取 0，或者取不振荡时的约 30%。

想要个起步估计：Ziegler-Nichols 临界比例度法

试凑法靠手感，如果你想要一个能”算出起点”的方法，可以用经典的 Ziegler-Nichols（临界比例度法）。

做法：把 I、D 去掉，逐渐加大 Kp 到系统首次出现等幅振荡，记下此时的临界增益 $K_u$ 和临界振荡周期 $T_u$，然后查表。

标准版（最常用，会产生约 25% 超调、四分之一衰减）：

$$K_p = 0.6 K_u, \quad T_i = 0.5 T_u, \quad T_d = 0.125 T_u$$

换算成常见的并联形式就是 $K_i = 1.2 K_u / T_u$、$K_d = 0.075 K_u T_u$。

野火文档里给的查表版本（数值上和标准版接近）：

重头戏：看波形治百病

如果说前面是”流程”，那这一节是这一篇的灵魂。你能不能调好 PID，很大程度取决于你能不能把车的状态”看见”。 盲调和看着波形调，效率差一个数量级。

工具：VOFA+ 串口示波器

最主流、免费的工具是 VOFA+。思路非常简单：在控制环里用 printf 同时发出”目标值”和”实际值”两路数据，VOFA+ 把字节流翻译成实时曲线画出来。你一眼就能看到实际值是怎么去追目标值的——是慢慢爬上去、还是冲过头来回荡、还是死活差一截。需要的话还能多发几路（比如 PID 的分项、PWM 输出）一起看。

VOFA+ 有三种数据协议，按你的通道数和频率选：

诊断表：波形长什么样 → 该动哪个参数

这是最可操作的产出，建议直接背下来：

一句口诀帮你记住分工：P 主管响应、I 消除静差、D 抑制振荡。

理想的响应曲线长什么样？老一辈工控人有个判据叫”两个波，前高后低四比一“——也就是超调后回落，相邻两个波峰幅值约 4:1 衰减比，既反应快又稳得住。

下面这张图把整个看波形的判断逻辑串起来：

在线调参：别每改一个数就重新烧录

调参是个反复试的活。如果每改一次参数都要重新编译、烧录、复位、再跑，一天调不了几轮。高名次队伍的共同点之一，就是把”改参数”这件事做成在线的。三种手段：

1. 板载按键 + OLED（现场最稳，比赛桌上首选）

把 P/I/D 存成数组，用按键选择当前要改哪个参数、加减键步进调整，OLED 实时显示。不用连电脑、不用重新下载、抗 PC 干扰。整定满意后把参数写进 Flash 掉电保存。

2. 蓝牙 / 2.4G 无线透传（跑动中调参）

平衡车、高速车这种”必须跑起来才能看出参数好坏”的场景，用 HC-05 蓝牙（或 NRF24L01 这类 2.4G）做无线串口透传。在 VOFA+ 或手机上发命令帧改参数，车继续跑，同时把波形实时回传回来。

下位机解析命令帧的通用做法：定好帧头帧尾，用 DMA + 串口空闲（IDLE）中断收变长包，收到后用 strstr 定位关键字、atof 把字符串转成 float。

3. MATLAB 系统辨识（算个起点）

进阶玩法：开环给电机一个恒定 PWM，记录转速响应，拟合出传递函数，再用 PID Tuner 算出一组起步参数。拟合率（fit）大于 80% 基本就能用。注意 PID Tuner 算出的连续 I 项要乘以采样周期才是离散位置式的 Ki。这套适合给速度环找起点，但最终还是得回到车上微调。

一个能照抄的 PID 实现（含输出限幅）

理论说够了，给一份电赛 H 题国奖工程里用过的通用 PID 实现——同一个结构体支持位置式和增量式两种模式，并且带上必做的输出限幅（来源）：

// 通用 PID：一个结构体两种模式（来自 2024 电赛 H 题开源工程）
void PID_Calculate(PID_Struct *pid){
    pid->error[0] = pid->target - pid->now;   // 当前偏差
    if(pid->mode == DELTA_PID){               // 增量式（电机速度环常用）
        pid->pout = pid->p * (pid->error[0] - pid->error[1]);
        pid->iout = pid->i *  pid->error[0];
        pid->dout = pid->d * (pid->error[0] - 2*pid->error[1] + pid->error[2]);
        pid->out += pid->pout + pid->iout + pid->dout;   // 注意是累加增量
    } else if(pid->mode == POSITION_PID){     // 位置式（方向/角度环常用）
        pid->pout = pid->p *  pid->error[0];
        pid->iout = pid->i *  pid->error[0];
        pid->dout = pid->d * (pid->error[0] - pid->error[1]);
        pid->out  = pid->pout + pid->iout + pid->dout;    // 直接赋值
    }
    pid->error[2] = pid->error[1];            // 历史偏差移位
    pid->error[1] = pid->error[0];
}

// 输出限幅：位置式/增量式都必须做，否则容易烧电机或舵机
void PID_OutPutLimit(PID_Struct *pid, float duty){
    if(pid->out >=  duty) pid->out =  duty;
    if(pid->out <= -duty) pid->out = -duty;
}

循迹车把方向环输出叠加到左右轮基础速度上，实现差速转向：

// 七路灰度加权求中线偏差，target=0（车正好压在中线）
track_pid.now    = weighted_sum / sum;
track_pid.target = 0;
PID_Calculate(&track_pid);
PID_OutPutLimit(&track_pid, 800);          // 方向环输出限幅 ±800
Motor_LeftCtrl (basespeed - track_pid.out); // 左轮 = 基础速度 - 转向量
Motor_RightCtrl(basespeed + track_pid.out); // 右轮 = 基础速度 + 转向量

差速运动学的本质就是这两行：左右轮一个减一个加，差出来的速度差就是转向。对应公式 $v_L = v – \frac{\omega L}{2}$、$v_R = v + \frac{\omega L}{2}$（$v$ 线速度、$\omega$ 角速度、$L$ 轮距）。左右到底是加还是减，取决于你的电机安装方向，跑一下不对就互换。

各场景 PID 经验起点数值表

再强调一遍：下面全是起点量级，不是答案，必须现场重调。 给它们是为了让你不至于从零开始瞎蒙，知道”大概在哪个数量级”。

关于控制周期和 PWM 频率，初学者最容易混成一件事，这里务必分清：

关于 PWM 频率到底取多少，有个常被网上资料说错的点：

串级调参顺序与现场快速整定

把前面的拼起来，串级双环的完整调参顺序是：

• ☐ 第 0 步：验机械、验编码器、验极性，舵机标中值限幅，开环标定好中值/死区。
• ☐ 第 1 步：屏蔽外环，单独调速度内环（增量式）。给固定目标速度，调到”目标一变实际能快速平滑跟上、受扰不振荡”。
• ☐ 第 2 步：套上方向/位置外环（位置式 PD）。先加 P 到能跟线，再加 D 压超调，方向环一般不加或只加极小 I。
• ☐ 第 3 步：逐步提速，弯道单独降速；准备 2~3 套参数现场切换。
• ☐ 现场：到赛道真实材质/光照下重标阈值、复调参数，留 20% 余量，在比赛电量水平下复测。

几个反复要人命的坑，最后再钉一遍

调参这一关过了，你的车就有了”稳和准”的底子。但你可能还会问：前馈、模糊 PID、卡尔曼这些听起来很高级的东西，到底要不要上、什么时候上才不算本末倒置？这正是进阶控制算法那一篇要替你算的那笔性价比账。