基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究

作者:宋昌宝;宋金泽;郑晓圆;李奕陈;李俊龙;冯雷; 刊名:长春工程学院学报(自然科学版) 上传者:邱春生

【摘要】通过对机器人运动控制的研究,确立机器人控制系统的运动模型,将运动控制系统的动力特性和控制特性相结合,给出了基于模糊自适应PID控制的机器人控制方法,使机器人能够精确地实现点到点以及任意转角的运动控制。利用Matlab进行仿真实验,结果表明本文所研究的运动控制方法切实可行,能够满足机器人运动控制方面的设计需求,同时也能提高对机器人控制的精度和准确性。

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ISSN 1009-8984CN 22-1323/N 长春工程学院学报 (自 然 科 学 版)2018年 第19卷 第3期 J.Changchun Inst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2018,Vol.19,No.3   27/32107-110 doi:10.3969/ j.issn.1009-8984.2018.03.027 基于模糊自适应PID控制的机器人运动控制仿真研究 收稿日期:2018-04-10 基金项目:2017年吉林省大学生创新创业训练计划项目(20171143731 )作者简介:宋昌宝(1995-),男(汉),甘肃武威主要研究自动化。 宋昌宝,宋金泽,郑晓圆,李奕陈,李俊龙,冯 雷 (长春工程学院电气与信息工程学院,长春130012) 摘 要:通过对机器人运动控制的研究,确立机器人控制系统的运动模型,将运动控制系统的动力特性和控制特性相结合,给出了基于模糊自适应 PID控制的机器人控制方法,使机器人能够精确地实现点到点以及任意转角的运动控制。利用 Matlab进行仿真实验,结果表明本文所研究的运动控制方法切实可行,能够满足机器人运动控制方面的设计需求,同时也能提高对机器人控制的精度和准确性。 关键词:运动控制;模糊自适应;PID控制;Matlab中图分类号:TP273 文献标志码: A       文章编号:1009-8984(2018)03-0107-04 0 引言 机器人是一个对周围环境进行感知、行动控制与决策的综合性控制系统,涉及到许多研究方向,其中,对运动控制系统的研究是机器人研究中最基本、最重要的方向。为了实现对机器人更加准确和稳定的控制,目前常见的智能控制方法主 要 有 PID 控制、变结构控制、自适应控制、模糊控制以及神经元网络控制等。在实际应用中,使用最为 广泛的则是PID控制,它具有结构简单、稳定性好、工作可靠、方便调整等优点,是当下工业控制中的主要控制技术。当被控对象的结构、参数不确定,或得不到精确的数学模型时,又或者其他的控制技术难以应用时,控制系统的结 构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时,PID控制方法是最简单的方法。而自适应控制是在系统的输入或干扰变化较大时,系统能够自动调节地合理参数和控制策略,来达到控制系统对输出量的要求,自适应控制是处理具有“不确定性”的系统的上佳办法,通过观测不确定变量状态来设法降低这种不确定性。控制结果常常能达到所设定的控制指标,因而也被广泛应用于实际中。在模糊控制中,将输入值模糊化,变成模糊变量,确定好模糊变量后还要对其确定隶属函数,以方便确定模 糊论域内模糊变量的隶属度值,根据人的直觉思维、实践经验等进行模糊推理从而获得模糊输出,进行反模糊化从而得到清晰的输出量。在生产实践过程中,复杂的控制问题可以通过操作人员的经验和控制理论相结合的方式解决,一般多是应用于实际控制任务复杂而且模型不确定的控制系统中。故本文对模糊自适应PID控制在机器人运动控制中的应用进行了深入研究,从而提高机器人控制的精确度和稳定性。 1 机器人控制系统中电机的数学模型 直流电机的模型如图1所示,直流电动机中,其 中电枢回路总电阻 R 、电感 L 、电力电子变换器内 阻、电枢电阻以及电感和可能在主电路中接入的其他电感、电阻,规定其正方向如图1所示。 图1 直流电动机模型 假设电机在工 作时主电路的电流连续,其动态电压平衡方程为: Ud 0 = RId + L dIddt + E , ( 1) 式中: E 为电动机反电动势( V); Id 为整流电流瞬时 值( A); L 为主电路总

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