基于STC12C5A60S2的教育機器人的設計與實(shí)現

4．1 模糊PID參數自整定控制器原理
PID參數模糊自整定是找出PID中3個(gè)參數與e和ec之間的模糊關(guān)系，在運行中通過(guò)不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理來(lái)對3個(gè)參數進(jìn)行在線(xiàn)修改，以滿(mǎn)足不同e和ec對控制參數的不同要求，而使被控對象有良好的動(dòng)穩態(tài)性能。從系統的穩定性、響應速度、超調量和穩態(tài)精度等方面來(lái)考慮，Kp，Ki，Kd的作用如下：Kp的作用是加快系統的響應速度，提高系統的調節精度；Ki用于消除系統的穩態(tài)誤差；Kd改善系統的動(dòng)態(tài)性能。圖5是PID控制器設計結構原理圖。

由PID各個(gè)參數對系統的影響得到：
(1)當誤差|e|較大時(shí)，說(shuō)明誤差的絕對值較大，不論誤差的變化趨勢如何，都應該考慮控制器的Kp取較大值，以提高響應的快速性；而為防止因為|ec|瞬時(shí)過(guò)大，kd應該取較小的值；為控制超調，ki也應該取值很小。
(2)當誤差|e|在中等大小時(shí)，為保證系統的相應速度并控制超調，應減小Kp，Ki值應增大，Kd應適中。
(3)當誤差|e|較小時(shí)，為保證系統具有良好的穩態(tài)特性，應加大Kp、Ki的取值，同時(shí)為避免產(chǎn)生振蕩，Kd的取值應該和|ec|聯(lián)系起來(lái)。
教育機器人屬于典型的非線(xiàn)性、時(shí)變、模型不確定復雜系統。在實(shí)際中，機器人行駛道路有直道、大彎道、“S”型小彎道。利用教育機器人在相同的路況下其特性基本不變，可分別確定這3種道路參數下的最佳PID參數。其核心思想是把控制周期內的機器人狀態(tài)視為不變，只要控制周期較短，就可實(shí)現很好的控制效果。在機器人實(shí)際的行使中，每10ms進(jìn)行1次控制，可滿(mǎn)足要求。
4．2 PID參數設定
模糊PID控制根據系統運行的不同狀態(tài)，考慮Kp、Ki、Kd三者的關(guān)聯(lián)，根據工程經(jīng)驗并依據各參數的作用，通過(guò)大量的測試獲得本系統對應路況下的PID參數，實(shí)驗數據如下：
(1)在直道上系統取kp=3，Ki=5，kd=0，測試環(huán)境為一條長(cháng)度5 m的長(cháng)直道；
(2)在大彎道上系統取kp=10，Ki=1，kd=1，測試環(huán)境為直道進(jìn)入一個(gè)半徑為100 cm的3／4圓；
(3)在“S”型小彎道上系統取kp=7，Ki=4，kd=3，測試環(huán)境為3個(gè)90度圓弧構成的S型小彎道。

5 結束語(yǔ)
用STC12C5A60S2單片機配合紅外光電陣列檢測模塊對直流電機執行參數自整定模糊PID控制器，解決了直流電機在巡航過(guò)程中產(chǎn)生抖動(dòng)前進(jìn)的控制問(wèn)題，使得教育機器人在行走的過(guò)程中更平穩，且控制方法簡(jiǎn)單、實(shí)用。