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自平衡機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2009-12-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

3.4 速度PID控制算法
機(jī)采用經(jīng)典的PID算法進(jìn)行平衡控制。采用典型的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和前饋控制方法。速度環(huán)路有利于提高電機(jī)輸出速度精度。前饋控制主要是為了補(bǔ)償電機(jī)轉(zhuǎn)軸與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸以及傳動(dòng)系統(tǒng)的間隙誤差,這些誤差是穩(wěn)定的、可以測(cè)量的。當(dāng)電機(jī)在正反轉(zhuǎn)變換時(shí),可以檢測(cè)到變換方向,經(jīng)過位置誤差環(huán)節(jié)調(diào)整后把確定的偏差補(bǔ)償量疊加到驅(qū)動(dòng)器輸出端。這樣電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度在原理基礎(chǔ)上增加了補(bǔ)償量,機(jī)械誤差得以修正。
采用PID控制算法公式如下:

其中,u(k)為當(dāng)前調(diào)節(jié)器輸出量;u(k-1)為上一次調(diào)節(jié)器輸出量;△u(k)為當(dāng)前控制增量;e(k)為當(dāng)前控制誤差量;Kp為比例系數(shù);KI為積分系數(shù);Kd為微分系數(shù)。PID控制算法流程如圖7所示。圖中,ε為調(diào)試過程中設(shè)定的誤差值。

4 實(shí) 驗(yàn)
利用該控制方法,對(duì)原理樣機(jī)進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中,在機(jī)正上方水平位置安裝陀螺儀,以采集機(jī)的傾倒角度數(shù)據(jù)。實(shí)際測(cè)量角度信息隨時(shí)間變化的曲線如圖8所示。通過測(cè)得數(shù)據(jù)分析可以看到,機(jī)器人大致可以穩(wěn)定在0°附近,最大偏差為±2°。

結(jié) 語
本文了以ATmage128單片機(jī)為控制核心,采用紅外測(cè)距傳感器監(jiān)控的雙輪自器人,并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了控制試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該機(jī)器人可以通過有效的控制保持在豎直狀態(tài),并且在一定的角度范圍內(nèi)達(dá)到平衡。

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