移動(dòng)機器人無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)反饋控制系統的設計
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在連續控制系統中，PID控制算法的控制規律可以寫(xiě)成如下的形式：
式中,u(t)為PID控制器的輸出，也稱(chēng)為被控對象的控制輸入;ε(t)為偏差; Kp為比例系數;Ti為積分時(shí)間常數;Td為微分時(shí)間常數。為了在數字控制系統上實(shí)現PID控制，需將連續PID控制規律化成離散型的PID控制規律，即用差分方程表示。為此，取T0為采樣周期。由于采樣周期遠小于信號變化的周期，可以用矩陣面積求和的方法近似式(1)中的積分作用，用向后差分的方法近似微分作用，則式(1)可以化為:
式(4)稱(chēng)為PID控制器遞推公式。應用(4)式計算采樣時(shí)刻k的控制器輸出u(k)，可以極大地節省計算機內存空間和計算時(shí)間，使實(shí)時(shí)控制成為可能。
許多控制系統的執行機構本身具有記憶功能，例如步進(jìn)電機作為執行元件，具有保持歷史位置的功能，當控制器給出1個(gè)增量信號時(shí)，執行機構在原來(lái)位置上移動(dòng)某一定位置，達到新的平衡位置。在這種情況下，需要采用增量型PID控制算法。設被控對象的控制輸入增量為Δu(k)，即:
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/163152.htm式(5)稱(chēng)為增量型PID控制算法。
增量型PID與位置PID控制算法，本質(zhì)上是一樣的，僅在計算方法上有所變化。增量式算法一般用于步進(jìn)電機之類(lèi)的對象，但由于本文所用到的機器人的電機為非步進(jìn)電機，它所輸入的控制量應為絕對數值。所以本文采用位置式PID算法[5]。
對于PID 3個(gè)參數的調節有各種不同方法，在本實(shí)驗中主要是試湊法。試湊法也要遵循一定的規律，一般來(lái)說(shuō)，增大比例系數Kp，將加快系統響應速度，減少系統靜態(tài)誤差，但直接影響系統的穩定性。增大積分時(shí)間常數Ti，有利于提高系統的穩定性，但同時(shí)也加大了系統消除穩態(tài)誤差的調節時(shí)間。微分控制作用，將改善系統的動(dòng)態(tài)性能。
在整個(gè)反饋系統的設計中,還有一個(gè)重要問(wèn)題就是系統的采樣時(shí)間T，本系統的采樣時(shí)間不能設置得太短。由于機器人的測速是由光電編碼器來(lái)完成，而實(shí)驗中用到的碼盤(pán)條紋只有66等份，時(shí)間太短，測速不準確，同時(shí)因微分作用加強，使得速度值抖動(dòng)很大。此外，機器人本身存在非線(xiàn)性特性，這樣就必須選擇一個(gè)合適的采樣時(shí)間。經(jīng)過(guò)實(shí)驗，當采樣時(shí)間≥0.5 s時(shí)，機器人反饋回來(lái)的速度較平穩，抖動(dòng)明顯減小。整個(gè)反饋控制系統的程序流程圖如圖4所示。
4 仿真結果分析
通過(guò)調節PID的3個(gè)參數，記錄下機器人每次輸出的速度值，然后再用MATLAB進(jìn)行仿真，通過(guò)測得實(shí)際數據的仿真圖如圖5所示。
本文提出的PC機對機器人的無(wú)線(xiàn)實(shí)時(shí)反饋控制，在20 m以?xún)鹊木嚯x都可以實(shí)現，且實(shí)時(shí)性良好。對每一個(gè)采樣時(shí)間內反饋回來(lái)的數據PC機都能及時(shí)處理，并把它送回給機器人，這樣機器人實(shí)時(shí)地接收數據、實(shí)時(shí)地接收PID校正后的運動(dòng)狀態(tài)，因此機器人就可以按事先設定好的狀態(tài)行走，從而達到了控制的目的。
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
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