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基于模糊 PID的one体育 转速控制系统设计


发布时间:2020年07月01日 游戏内容因素:杭州市one体育 智慧刷卡机人股份工厂局限工厂

自导引小车one体育 在自主循迹的过程 中特殊要求很高的管控计算精度。立于此,one体育 率先讲述了one体育 模式的组合而成,第二步真对one体育 中交流电无刷电机的调压模式还有非平滑、时转化有、易受外部环境不干扰的原因,构思了轉速不清 PID 管控器,并在 AB PLC中采用了梯型图保证 不清管控贝叶斯,程序运行最后表达,所构思的不清管控器还有反应速率快、超调小等独到之处,能使one体育 小车以更好速率沿所设置好规划运作。

one体育 (Automated Guided Vehicle)小车作现企业半自动化设备机系统的中核心的组合那部分,在企业和钢结构厂房的运输车辆调度机系统的中起着核心能力[1],具有很广的技术应用未来发展。

传统的one体育 小车控制以经典的PID控制为主,但PID控制的精确程度取决于系统数学模型的精确程度及参数设置状况[2]。one体育 小车在工厂及厂房中的工作环境复杂,且在行驶过程中会受到各种工况的干扰,传统的 PID 控制有时很难达到难以效果[3]。
基于此,分析了模糊控制机理,针对 one体育  中直流电机的调速系统,采用模糊 PID 进行控制,极大地提高了智能小车转速控制的准确性、稳定性及反应速度。

1 one体育 系统构成

one体育 系统装备了磁导航、CCD 导航、激光导航等[4],使得 one体育 在行驶过程中能够按照事先规划的路径运行,操作者只需根据上位机进行现场的实时调度,对于不同的现场运行情况 one体育 进行实时的现场调度,因此,大大降低了对于人力的依赖,提高了工作效率和安全系数。
one体育 系统通过贴在地面上的磁导航传感器进行导航,实时监控one体育 小车现场位置,现场调度,避免one体育 之间发生碰撞。one体育 的供电系统由电池提供,两块电池安装在one体育 的两端(一般为对称安装),磁感应传感器安装在 one体育 的两端,产生一个闭环的系统来进行小车的实际位置的现场调节[5]。one体育 大小有很多种分类,对于大型 one体育 的调度需要考虑其安全范围是否足够,转弯时是否满足现场要求。one体育 系统零件图如图 1 所示,其中①启动、停止、复位、急停按钮;②和③均为 12 V 电池;④轮子;⑤三色灯;⑥传送带;⑦触摸屏;⑧避障传感器;⑨对射传感器。one体育 伺服安装如图2所示,其中,①为前磁导航传感器;②为后磁导航传感器;③为伺服电机;④为伺服驱动器。


基于模糊 PID的one体育
转速控制系统设计


图1 one体育 平台工件图



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转速控制系统设计


图2 one体育 台达伺服电机重新安装图

2 one体育 系统模糊PID控制设计

2.1 one体育 转速控制策略

基于模糊PID的one体育 转速控制如图 3 所示[6]。
驱动控制器控制红外传感器工作,根据收集到的路况循迹信息得到小车的速度给定值,同时,车轮速度检测模块检测小车速度,进行隔离、放大、A/D 转换后与给定速度进行比较,若工厂的物流调度路径有上行?、下行或转弯状况,速度检测模块即会表现出上升或下降现象,将此偏差信号送给模糊 PID 控制器,控制器进行模糊规则的选择,输出精确的速度脉冲信号送入电力电子执行机构,驱动直流电机精确的按照实际路况循迹速度运行。


基于模糊 PID的one体育
转速控制系统设计


图3 one体育 转动速度管理框图

2.2 one体育 转速模糊PID控制器设计

发暗 PID 调控器结构的右图 4右图,常见为两个人模快,一是过去的的 PID 调控器,二是是发暗调控器,发暗调控器来体现 PID 调控器技术叁数值的车间确定好,使 PID调控使用效果更加的理想的化,发暗PID调控器常见是体现PID三种技术叁数值和出现偏差的原因率e的转变率△e彼此的干系,在工作过程中中据出现偏差的原因率和出现偏差的原因率的转变率不断地诊断、换算终结的比列、积分兑换、微分技术叁数值[7]。


基于模糊 PID的one体育
转速控制系统设计


图4 大概PID控住机构图


基于上述结构,one体育 转速控制模糊PID设计可分为以下 4个步骤[8-9]。
第一步,系统输入输出信号的确定。one体育 小车数据采样是通过磁导航传感器的16位数字采样点,以I/O输入的模式进行,通过分析输入信号的不同来确定one体育 小车实际所处的位置[10],磁导航为 16路 16点数字量输出,一般正常检查到的信号为 5路 5点数字量输出,理论分为下面 20种情况:
1000000000000000(1)
1100000000000000(2)
1110000000000000(3)
1111000000000000(4)
1111100000000000(5)
0111110000000000(6)
0011111000000000(7)
0001111100000000(8)
0000111110000000(9)
0000011111000000(10)
0000001111100000(11)
0000000111110000(12)
0000000011111000(13)
0000000001111100(14)
0000000000111110(15)
0000000000011111(16)
0000000000001111(17)
0000000000000111(18)
0000000000000011(19)
0000000000000001(20)
取直流电机角速度误差 e 和误差变化率 ec 为系统输入变量,ΔKp、ΔKi、ΔKd为输出变量。将误差 e 与误差变化率 ec的模糊基本论域取为[-6,6]。
通过比例、量化因子映射到论域:设磁导航传感器的 16路输出依次从左到右为(1)→-6,(2)→-5,(3)(4)→-4,(5)(6)→-3,(7)→-2,(8)(9)→-1,(10)(11)→0,(12)(13)→1,(14)→2,(15)(16)→3,(17)(18)→4,(19)(20)→5
第二步,系统输入输出变量模糊化。
设计中将e、ec、ΔKp、ΔKi、ΔKd的量化等级均设为13级,即2个输入变量一个输出变量在模糊集上的论域为:{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,+4,+5,+6}。对应的模糊语言为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},该集合中元素分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大[11-12]。把上述集合的元素描述为one体育 小车的加、减速状况,则为:NB 表示大减速、NM表示中减速、NS表示小减速、ZO 表示保持当前转速、PS 表示小加速、PM 表示中加速、PB 表示大加速。考虑到 one体育 小车在实际运行中产生的误差是随机的,因此,采用三角形隶属函数,如图 5所示。


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转速控制系统设计


图5 三角型形现属涵数图


第三步 模糊规则库的建立。
模糊规则库的建立即为找出运行时刻P、I、D与误差e及误差变化率ec之间的模糊关系。通过e和ec的变化规律,应用所制定的模糊控制规则,从而调整ΔKp、ΔKi、ΔKd三个参数值,使one体育 小车在运行过程中有良好的动态性及稳定性[13-14]。应用在智能小车中,对速度误差e的控制规律尤为重要,不合适的控制规律会使one体育 的速度产生振荡,对不同车间的不同路径没有很好的适应性。当车体实际运行速度和期望速度偏差e大时,为了加速系统的跟踪速度,应取较大的Kp;但是为了避免由于开始时偏差e的瞬间变大可能出现的微分过饱和而使控制作用超出许可范围,应取较小的Kd,同时为了防止系统速度响应出现较大的超调,产生积分饱和,应对积分作用加以限制,通常取Ki=0等。根据one体育 的操作经验,可得转速控制输出参数(ΔKp、ΔKi、ΔKd)的模糊规则库如表 1所示[15-17]。


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表1 ΔKp、ΔKi、ΔKd发暗管控基本规律


模糊控制器输出量是模糊量,不能直接用来控制直流电机的转速,在one体育 实际控制时要将这些结果转化为精确量。考虑到重心法能较好的反映控制量的真实分布情况,因此,在本设计中采用重心法对模糊变量进行转化。

3 实验对比分析

文中采用AB PLC作为控制设备,用梯形图对PID控制器和模糊控制器进行设计,为了可以快速响应one体育 小车的实际位置,采样时间设为100mms。电路和气路连接完成并检查无误后,通电下载程序并在线监控程序运行。连接路由器,进行 AB PLC 的 IP设置。具体的调试过程如下:
1)在主菜单画面中 LCD 的使用键盘上的 Up 和Down键选 Advanced Set。
2)通过点击 LCD 键盘上的 OK 键即可出现高级设置操作界面,如图 6 所示。该界面上有“Up”和“Down”上、下翻转键用来选择 ENET 功能,选择好之后点击 OK 键即可进入。
3)使用“Up”和“Down”上、下翻转键对 IP 地??址进行设置,设置好的 IP地址点击 OK 键即可。


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转速控制系统设计


图6 PID性能参数小程序调整工具栏图


4)输入密码操作界面,在本 one体育 小车控制系统中 ,通 过 Left、Right、Up 和 Down 键实现Master password的设置,该密码最大长度为10位数字,在本操作系统中,设置 1234为 Master password。
5)密码验证界面,若输入的密码正确,则显示以太网网络类型选择界面,点击“Up”和“Down”上、下翻转键选择合适的网络类型;若输入密码不正确,则操作界面会提示密码有误的错误信息。
6)对网络的IP地址以及子网掩码等信息进行设置。调试过程完成后,图 7 和图 8 分别显示了传统PID 和本设计的模糊 PID 实现结果。可以看出,模糊PID 控制有较短的响应时间,较小的超调,能较快进入稳态,因此,能更好的跟踪 one体育 小车速速控制。


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图7 PID死机图



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图8 看不清PID积极地响应图

4 结 论

这篇文章简介了one体育 小车的包含,在这种根本上,面向小车的转数把握的设计,的设计了转数朦胧PID把握器,并在PLC机械设备进取行了事实查证,与常用PID把握不同于,one体育 朦胧 PID 转数把握器初始化失败时长短,初始化失败过程中 无自由振荡无超调,有适合的动、恒定能力。

参考文献:

[1] 曾炫. 基于模糊控制的磁引导one体育 系统路径校正的应用研究[D]. 杭州:杭州电子科技大学,2015.
[2] Mendes J,Araujo R,Matias T,et al. Automatic extraction of the fuzzy control system by a hierar⁃ chical genetic algorithm[J]. Engineering Applica⁃ tions of Artificial Intelligence,2014,29(3):70-78.
[3] Baturone I,Moreno-Velo FJ,Śnchez-Solano S,et al. Automatic design of fuzzy controllers for carlike autonomous robots[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems,2004,12(4):447-465.
[4] 宋学贤,谈宏华,潘正春,等. 基于自适应模糊PID的one体育 高精度寻迹系统的研究[J]. 国内外机电一体化技术,2012(1):29-31.
[5] 武星,楼佩煌,唐敦兵. 自动导引车路径跟踪和伺服控制的混合运动控制[J]. 机械工程学报,2011,47(3):43-48.
[6] 叶金鑫. 基于模糊 PID 的智能小车控制算法研究[J]. 实验科学与技术,2016,14(1):46-47.
[7] 王述彦,师宇,冯忠绪. 基于模糊 PID 控制器的控制方法研究[J]. 机械科学与技术,2011,30(1):166-172.
[8] 黄友锐,曲立国.PID 控制器参数整定与实现[M].
[9] 汤红诚,李著信,王正涛,等. 一种模糊PID控制系统[J]. 电机与控制学报,2005,9(2):136-138.
[10]纪亚芳,张志刚. 基于模糊 PID 的双容水箱液位控制系统设计[J]. 山西师范大学学报(自然科学版),2019,33(2):37-40.
[11]李言民,苗欣,姜付杰,等. 基于模糊PID 控制器的多电机交叉耦合控制同步控制系统设计[J]. 电工技术,2005(3):118-120.
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[14]鞠升辉,李杨民. 非完整约束移动机器人论域自调整模糊控制研究[J]. 电子设计工程,2016,24(5):103-106.
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[16]王璐.一种基于模糊控制的多传感器管理算法的研究[J].电子设计工程,2018,26(21):47-51.
[17]苏扬,刘文言,刘潇,等. 基于模糊控制的盲人避障系统设计[J]. 信息网络安全,2014(6):67-71.文章来源于one体育 吧



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