自平衡两轮机器人的参数自整定模糊控制

为解决具有强耦合、非线性和不确定性等特点的自平衡两轮机器人的平衡控制问题,提出一种参数自整定模糊控制器.该控制器通过比较系统响应与给定的差别来对控制参数进行自整定,降低了控制器设计过程中对设计者经验的要求.该控制器采用零阶Takagi Sugeno模型,易于在嵌入式系统中实现.搭建了自平衡两轮机器人硬件本体,建立了相应的数学模型,并给出仿真与实验结果,验证了该控制器的有效性.     

立方体机器人自抗扰平衡控制方法

针对立方体机器人动力学模型多变量、强耦合的问题,提出一种基于自抗扰控制的平衡控制器设计方法.引入虚拟控制量,并在控制量与输出向量之间并行地嵌入多个自抗扰控制器,从而实现对多变量系统的解耦控制,将系统的动态耦合和外部扰动视为各自通道上的自抗扰控制器的总扰动,在为期望姿态安排过渡过程基础上,设计扩张状态观测器对总扰动进行估计并实时补偿.综合采用经验试凑法和带宽法对控制器参数进行整定,对自抗扰控制器系统进行稳定控制、姿态跟踪、抗扰性和鲁棒性实验,并与PID控制系统进行定量对比分析.仿真结果表明,所设计的自抗扰控制器不仅能有效实现立方体机器人的平衡控制,而且较PID控制器具有更好的响应速度、控制精度和强鲁棒性.     

模糊自适应PID控制器在足球机器人中的应用

传统的PID控制器结构简单、实现简单、控制效果良好,所以在足球机器人中广泛应用.但由于机器人机械加工精度问题,每个足球机器人都存在个体差异,很难得到一致的PID控制参数.本文提出了一种基于模糊控制理论的足球机器人控制系统,针对传统PID控制器的特点,将摸糊控制技术引入到PID参数自整定过程中,根据不同情况在线自整定PID参数.通过和传统的PID控制器比较,模糊自适应PID控制器具有具有灵活性好,控制适应性强,动态、静态性能好等优点.在MIROSOT机器人上验证了该控制器的有效性和实用性.     

两轮自平衡机器人控制系统的设计

针对自行设计的两轮自平衡机器人Opyanbot建立了动力学模型,应用最优控制和两轮差动等控制方法设计了控制器,提出了针对两轮自平衡机器人平衡和行进的新策略。为了提高两轮自平衡机器人的控制效果,利用基于DSP数字电路的全数字智能伺服驱动单元IPM100分别精确控制左右轮电机,并利用上位机实时控制机器人的运动状态,提高了控制精度、可靠度和集成度,得到了很好的控制效果。     

两轮自平衡机器人速度跟踪研究

两轮自平衡机器人系统是一个高阶次,不稳定,非线性,多变量,强耦合的系统.系统采用Lagrange方程进行动力学建模,将神经网络自组织算法应用于此模型,并对两轮机器人的平衡和速度进行控制,其难点是对车体速度和车轮速度的控制.本文采用神经网络自组织算法,使输出准确地跟踪输入,使机器人按照指定的移动速度和转动速度运动.将该算法与OBS算法相比较,仿真实验结果表明,自组织算法使系统的跟踪速度更快,具有较高的实用价值.     

智能PID参数自整定技术在伺服系统中的应用

针对常规PID控制参数整定困难,且受时变、非线性等因素影响而不能达到预期控制效果的实际情况,提出了RBF网络动态辨识的BP神经网络PID参数自整定算法.此算法可实现PID控制参数的在线自整定和优化;同时,将算法应用于伺服控制系统中,以VC++6.0和Matlab为开发和仿真工具,对动态辨识神经网络智能PID参数自整定方法进行仿真研究.仿真结果表明,控制算法鲁棒性强、响应速度快,可用于控制参数时变的非线性系统.     

基于MATLAB的参数自整定模糊PID控制器的两种设计方法

鉴于模糊控制技术和PID控制技术在控制领域中的重要表现,在深入学习研究二者的基础上介绍了两种在MATLAB中实现参数自整定模糊PID控制器的方法,同时对两种方法进行了分析比较:一种通过S-Function实现模糊控制对PID控制参数进行在线整定,另一种则通过完全命令行的方式实现模糊整定与PID控制的无缝连接;通过验证,二者都可以取得理想的控制效果,且第二种方法用MATLAB实现复杂的控制算法,因此得以在学校实验室控制实验上得到了完全应用;用MATLAB实现参数自整定模糊PID控制简单直观、便于操作,是一种比较理想的控制方法.     

两轮自平衡机器人动力学建模及其平衡控制*

针对高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的两轮自平衡移动机器人系统,采用Lagrange方程推导出动力学模型,对其进行稳定性和可控性判断,并利用LQR和龙伯格极点配置的方法在此模型的基础上对两轮自平衡机器人的姿态和速度进行控制,可获得较为稳定的动态平衡过程。给出了数学模型推导的具体步骤,分别采用以上两种方法进行了仿真研究和比较。仿真实验结果表明,这两种控制方法对机器人的稳定性控制都是有效的。其中龙伯格极点配置控制方法使系统的跟踪速度更快、稳定性更高,具有较高的实际应用价值。     

SR电机模糊自整定PID控制器设计与仿真

针对开关磁阻电机的非线性、时变和强耦合性,提出了模糊自整定PID的调速控制策略.在分析SR电机非线性数学模型的基础上,将速度偏差和偏差变化率作为控制器输入,PID的三个控制参数为输出.利用模糊规则对PID参数进行在线修改,实现PID参数的自动最佳调整.通过将MATLAB中的Fuzzy Toolbox和SIMULINK有机结合,实现了基于模糊自整定PID控制器的开关磁阻电机调速系统仿真,并进行了传统PID控制与模糊自整定PID控制的仿真比较.结果表明:模糊自整定PID控制器能够明显改善系统的调速性能,具有较强的鲁棒性,并且计算量少,易于实现,便于工程应用.     

基于Skinner操作条件反射的两轮机器人自平衡控制

针对两轮自平衡机器人的运动平衡控制问题,采用了基于Skinner操作条件反射理论的自回归神经网络学习算法作为机器人的学习机制,利用自回归神经网络对评价函数进行逼近,以实现对行为决策的优化,从而使机器人能够在无需外部环境模型的情况下,通过学习和训练,获得像人或动物一样的自主学习技能,解决了两轮机器人的运动平衡控制问题.最后分别在无扰动和有扰动的两种状态下设计了仿真实验并进行了比较.结果表明,该操作条件反射学习机制具有较快的自主平衡控制技能和较好的鲁棒性能,体现了较高的理论研究意义和工程应用价值.     

改进PSO电液伺服系统的在线PID参数整定

针对传统的电液伺服系统PID控制器参数在线整定难以达到最优的问题,提出了一种解决方法。根据系统的动态模型,在系统时变参数的变化范围内取若干值,得到一组相应数目的定参数系统模型。针对这组模型,采用改进PSO整定PID参数,获得一组近似最优化的PID参数,拟合数据得到PID参数曲线,利用该曲线进行电液伺服系统的在线整定。该方法可实现近似最优的PID参数在线整定,控制系统的性能得到了明显的提高。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于迭代继电反馈的多变量PID控制器自整定

PID控制是工业过程中最常用的控制方法,但在实际生产过程中,被控过程往往是多变量、有耦合的,常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳,对运行工况的适应性较差。为此,将迭代反馈理论和继电整定方法有机结合起来,提出一种适用于存在耦合的多变量系统PID控制器的参数整定方法。运用该方法整定PID参数,不需要被控对象的数学模型,而且具有速度快、效果好等优点。     

基于智能水滴算法的空调水温二阶时滞PID控制

为提高中央空调系统使用过程中的能耗利用效率,实现更加有效的回水水温控制,提出基于不确定IWD-PID整定的中央空调系统回水水温控制方法。首先对中央空调系统冷回水水温模型进行研究,用二阶时滞惯性模型对回水水温模型进行描述,获得其控制对象数学模型形式;其次引入智能水滴算法(IWD)对PID控制器进行优化整定,并利用不确定方式对IWD算法进行性能提升,最后据此对中央空调系统回水水温模型的PID控制器进行参数整定,实现回水水温有效控制。实验结果表明,采用该控制策略在满足室内负荷需求的前提下能够更有效地降低冷冻水泵的运行频率,节能效果与控制质量更佳。     

Fuzzy PID Control of a Five DOF Robot Arm

This paper studies the application of fuzzy logic control on a five degrees of freedom (DOF) robot arm, the Maker 100 of U.S. Robots. The elaboration of the fuzzy control laws is based on two structures of coupled rules fuzzy PID controllers. The fuzzy PID controllers are numerically simulated and the simulation results confirm the success of the fuzzy PID control in trajectory tracking problems. Seeking a performance optimization, a systematic study of the choice of tuning parameters of the controllers is done. The success of the proposed fuzzy control law is again affirmed by a comparative evaluation with respect to the computed torque control method and the direct adaptive control method, the last two controls being also numerically implemented using the same dynamic model of the robot arm.     

PID regulation of robot manipulators: stability and performance

Position control of robot manipulators using a novel PID control configuration derived from modeling error compensation ideas is introduced. The PID control law stability depends only on the inertial parameters of the robot. A simple proof of semiglobal PID stabilization of robot manipulators is provided. It is shown that the performance of the inverse dynamics control can be recovered by the PID control in the high-gain limit. Simple tuning guidelines derived from the proposed PID control configuration and closed-loop stability analysis are presented.     

Genetic Tuning of PID Controllers Using a Neural Network Model: A Seesaw Example

When genetic algorithms (GAs) are applied for PID parameter tuning, since the PID parameters are adjusted almost randomly, it is possible that the plant will be damaged due to abrupt changes in PID parameters. To solve this problem, a neural network will be used to model the plant and the genetic tuning procedure will be performed on the neural network instead of the plant. After determining the PID parameters in this off-line manner, these gains are then applied to the plant for on-line control. Moreover, considering that the neural network model may not be accurate enough, a method is also proposed for on-line fine-tuning of PID parameters. To show the validity of the proposed method, a seesaw system that has one input and two outputs will be used for experimental evaluation     

模糊增益调整PID控制在VAV系统中的应用

本文针对用普通PID控制对VAV系统控制参数难以整定的问题,设计了一种基于模糊控制原理的PID参数在线自调整控制器,根据偏差和偏差变化率来实时调整KP,Ki,Kd参数。通过计算机仿真结果表明,这种模糊增益调整PID控制器比常规PID控制器有更好的控制效果,大大改善了系统的动态和稳态性能。     

非平衡负载下轮式移动机器人的抗扰PID控制

在非平衡负载条件下,轮式移动机器人(WMR)的前进、转向速度耦合,影响着轨迹跟踪和避障等运动控制性能.为此,本文提出了一种基于抗扰PID(DR–PID)控制器的WMR速度调节主动抗扰(ADR)控制策略.首先,建立WMR的速度耦合模型,引入解耦矩阵减小静态耦合作用;然后,基于一类改进干扰观测器(DOB)控制方法,设计一种具有ADR能力的PID控制器,即DR–PID,用于WMR的速度分散调节.进一步,考虑高频增益不匹配/不确定性,分析闭环系统稳定性条件.所得结论揭示了PID控制器的抗扰机理;最后,在不平衡负载条件下开展WMR运动控制实验研究,实验结果验证了所提方法的有效性.     

PID 控制器的频域特性与无模型参数调节

为了使PID参数调整不依赖于模型参数,而是直接基于闭环响应,首先分析PID参数对闭环系统性能的影响,然后以振荡最小、开环增益最大等为基本原则给出一种无模型PID参数调整方法。该方法只需要闭环响应曲线中的振荡频率信息,避免了模型参数辨识误差对调整结果的影响,简化了参数调节的过程。最后通过实验验证了所提出方法的有效性。     

模糊自适应PID控制的研究及应用仿真

传统PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上,根据某一整定规则来确定的,难以适应复杂多变的控制系统。针对其参数整定不良、性能欠佳,对被控过程的适应性差等缺点采用模糊控制与自适应PID控制结合起来,设计了模糊自适应PID控制器。利用模糊推理方法实现对PID参数的在线自整定,进一步完善PID控制器的性能,提高系统的控制精度。仿真结果表明该模糊自适应PID控制器既具有PID控制器高精度的优点,又具有模糊控制器快速、适应性强的特点,使被控对象具有良好的动、稳态特性,有较好的工程应用前景。