SPIKE Prime 循線 PID 教學：用 Pybricks 寫出穩定的高速循線（附程式）

循線跑不快、一快就抖，多半是控制方法的問題。這篇用最白話的方式說明 PID 是什麼，並附上可以直接改來用的 Pybricks 程式：一份用原廠顏色感應器，一份用多通道循線感應器。

PID 是什麼？用開車來想

想像你在開車，要讓車子保持在車道正中央：

項目	白話解釋	對循線的作用
P（比例）	偏越多，方向盤轉越多	主要的修正力量
I（積分）	一直偏同一邊，就慢慢加大修正	修正長時間的固定偏差；循線通常不需要
D（微分）	偏差變化得很快，就先收一點方向盤	抑制抖動、防止修正過頭

循線最常用的是 PD 控制：P 負責拉回中間，D 負責不要拉過頭。只有 P 的話，速度一快就會左右甩。

方法一：原廠顏色感應器（沿著黑白交界走）

一顆顏色感應器看不出線在左邊還是右邊，所以做法是沿著黑線的邊緣走：讀到的反射值比目標值大（太白）就往黑線那邊轉，比目標值小（太黑）就轉回來。

from pybricks.hubs import PrimeHub
from pybricks.parameters import Direction, Port
from pybricks.pupdevices import ColorSensor, Motor
from pybricks.tools import wait

hub = PrimeHub()
sensor = ColorSensor(Port.C)
motorL = Motor(Port.E, Direction.COUNTERCLOCKWISE)
motorR = Motor(Port.F, Direction.CLOCKWISE)

target = 50      # 先量白色、黑色的反射值，取兩者中間
Kp = 0.8
Kd = 2.0
base = 40        # 基本速度（-100 ~ 100）
last_error = 0

while True:
    error = sensor.reflection() - target
    turn = Kp * error + Kd * (error - last_error)
    motorL.dc(base + turn)
    motorR.dc(base - turn)
    last_error = error
    wait(10)

提示
機器人往反方向修正的話，把 turn 前面加上負號，或改成沿著線的另一邊走。

這個方法的限制： 只能跟著一條邊走，遇到十字路口、分岔或寬線很容易判斷錯，速度也很難再提高。

方法二：多通道循線感應器（直接知道線在哪）

循行者 8 路一次看 8 個點，直接回傳線的位置 pos100()：0 = 正中央，−100 = 線在最右邊，+100 = 線在最左邊。程式不用再猜，PD 只要直接用這個數字算：

from pybricks.hubs import PrimeHub
from pybricks.parameters import Direction, Port
from pybricks.pupdevices import Motor
from pybricks.tools import wait

from MBC_line8_obj_Lib import MBC_LINE8

hub = PrimeHub()
line8 = MBC_LINE8(3)          # 感應器接在 Port C（3）
motorL = Motor(Port.E, Direction.COUNTERCLOCKWISE)
motorR = Motor(Port.F, Direction.CLOCKWISE)

Kp = 1.2
Kd = 3.6
base = 75
last_pos = 0

while True:
    pos = line8.pos100()          # -100 ~ +100
    if line8.width() > 6:         # 很寬 = 碰到橫線或終點區，先停下
        motorL.dc(0)
        motorR.dc(0)
    else:
        turn = Kp * pos + Kd * (pos - last_pos)
        motorL.dc(base + turn)
        motorR.dc(base - turn)
        last_pos = pos
    wait(10)

這份程式的參數（Kp = 1.2、Kd = 3.6、速度 75）來自官方範例，可以直接當起點。使用前請依 Line8 Pybricks 教學下載函式庫並加入專案；馬達的孔位和轉向請依你的機器人修改。

提示
機器人往遠離線的方向修正，代表馬達安裝方向和範例不同：把 turn 改成 -turn 即可。

參數怎麼調？4 個步驟

先把 Kd 設成 0、速度放慢，只調 Kp：從小慢慢加，加到機器人能跟著彎道走、開始輕微左右擺為止。
加入 Kd：從 Kp 的 2～3 倍開始試，左右擺動應該會明顯變小。
逐步提高速度：每次加一點，過彎跟不上就稍微加大 Kp，開始抖就加大 Kd。
到比賽場地重新校準並微調：燈光和地圖不同，參數可能要小修。

注意
看到抖動，先加 Kd，而不是降低 Kp。Kp 太小會讓過彎跟不上，這是很多人調參數時繞遠路的原因。

延伸閱讀

有問題或想詢價，歡迎 LINE 問我們。