PID Controller（PID 控制器）¶
本控制器基于 control_toolbox 软件包中的 PidROS 实现。
它支持两种使用方式：
- 直接通过话题发送参考值
- 作为链式控制器（可被前置或后置控制器调用）
此外，控制器支持使用参考值的一阶导数及其反馈，实现二阶 PID 控制。
控制器类型与接口匹配¶
根据硬件的 参考/状态接口 与 命令接口 类型，PID 控制器可配置为不同控制形式：
| 参考/状态接口 | 命令接口 | 控制类型 |
|---|---|---|
POSITION |
VELOCITY |
PI |
VELOCITY |
ACCELERATION |
PI |
VELOCITY |
POSITION |
PD |
ACCELERATION |
VELOCITY |
PD |
POSITION |
POSITION |
PID |
VELOCITY |
VELOCITY |
PID |
ACCELERATION |
ACCELERATION |
PID |
EFFORT |
EFFORT |
PID |
⚠️ 注意：
理论上可用Joint Trajectory Controller（JTC）发送单点轨迹实现类似效果，但不推荐。
JTC 应用于多点轨迹插值（线性/三次/五次），而 PID 控制器无插值功能。
JTC 内部的 PID 项仅用于通过 velocity/effort 接口控制硬件，目的不同。
控制器执行逻辑¶
- 支持 前馈模式（feed-forward mode），通过
feedforward_gain提升动态性能 - 若仅使用一种参考/状态接口，则仅计算瞬时误差
- 若使用两种接口，则第二接口视为第一接口的一阶导数（如
position+velocity）
使用方式¶
- Pluginlib 库：
pid_controller - 插件名称：
pid_controller/PidController
控制器接口说明¶
参考接口（References，来自前置控制器）¶
若
reference_and_state_dof_names未定义，则使用dof_names
命令接口（Commands）¶
状态接口（States）¶
若
reference_and_state_dof_names未定义，则使用dof_names
ROS 2 接口¶
订阅者（Subscribers）¶
-
<controller_name>/reference（control_msgs/msg/MultiDOFCommand）
当in_chained_mode == false时使用 -
<controller_name>/measured_state（control_msgs/msg/MultiDOFCommand）
仅当use_external_measured_states == true时启用
服务（Services）¶
<controller_name>/set_feedforward_control（std_srvs/srv/SetBool）
启用/禁用前馈控制
发布者（Publishers）¶
<controller_name>/controller_state（control_msgs/msg/MultiDOFStateStamped）
发布控制器内部状态
参数（Parameters）¶
使用 generate_parameter_library 管理参数。
核心参数¶
| 参数 | 类型 | 默认值 | 说明 | 约束 | 只读 |
|---|---|---|---|---|---|
dof_names |
string_array |
{} |
控制器使用的自由度/轴名称 | 非空、无重复 | ✅ |
reference_and_state_dof_names |
string_array |
{} |
参考/状态接口对应的自由度名（可选） | 无重复 | ✅ |
command_interface |
string |
"" |
命令接口类型（如 "position"） |
非空 | ✅ |
reference_and_state_interfaces |
string_array |
{} |
参考/状态接口列表（第二项应为第一项的导数） | 长度 < 3、非空 | ✅ |
use_external_measured_states |
bool |
false |
是否从话题而非状态接口读取测量值 | — | — |
增益参数（按自由度配置）¶
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|
gains.<dof>.p |
0.0 |
比例增益 |
gains.<dof>.i |
0.0 |
积分增益 |
gains.<dof>.d |
0.0 |
微分增益 |
gains.<dof>.antiwindup |
false |
是否启用抗积分饱和（启用时限制积分误差，否则限制积分输出） |
gains.<dof>.i_clamp_max |
0.0 |
积分上限 |
gains.<dof>.i_clamp_min |
0.0 |
积分下限 |
gains.<dof>.feedforward_gain |
0.0 |
前馈增益 |
gains.<dof>.angle_wraparound |
false |
是否启用角度环绕处理（连续关节，误差归一化到 [-π, π]） |
示例参数文件¶
基础 PID 控制（独立模式）¶
test_pid_controller:
ros__parameters:
dof_names: [joint1]
command_interface: position
reference_and_state_interfaces: ["position"]
gains:
joint1: {p: 1.0, i: 2.0, d: 3.0, i_clamp_max: 5.0, i_clamp_min: -5.0}
启用角度环绕¶
test_pid_controller_angle_wraparound_on:
ros__parameters:
gains:
joint1: {p: 1.0, i: 2.0, d: 3.0, i_clamp_max: 5.0, i_clamp_min: -5.0, angle_wraparound: true}
带前馈增益（单接口）¶
test_pid_controller_with_feedforward_gain:
ros__parameters:
gains:
joint1: {p: 0.5, i: 0.0, d: 0.0, i_clamp_max: 5.0, i_clamp_min: -5.0, feedforward_gain: 1.0}
带前馈增益（双接口：position + velocity）¶
test_pid_controller_with_feedforward_gain_dual_interface:
ros__parameters:
dof_names: [joint1, joint2]
command_interface: velocity
reference_and_state_interfaces: ["position", "velocity"]
gains:
joint1: {p: 0.5, i: 0.3, d: 0.4, i_clamp_max: 5.0, i_clamp_min: -5.0, feedforward_gain: 1.0}
joint2: {p: 0.5, i: 0.3, d: 0.4, i_clamp_max: 5.0, i_clamp_min: -5.0, feedforward_gain: 1.0}