对基于模糊pid的足球机器人电机控制系统设计研究

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1、对基于模糊PID的足球机器人电机控制系统设计研兜摘要：针对机器人运动的时变、非线性、干扰大、不确定等特性，本文在传统PID控制基础上提出了一种与模糊控制器相结合的混合型模糊PID控制方法。该方法弥补了传统PID控制所需精确数学模型、参数整定困难等不足，保证了系统的快速性、稳定性和灵活性。关键词：模糊PID;角度控制；仿真1.控制系统结构本系统中由于机器人的运动涉及到角度及距离两个方面，所以本文中的模糊PID控制器具体设计为两组控制器构成：一组用于控制机器人的角度转动，一组用于机器人的位置移动。具体结构图如图1所示。其中Ra、Ya为角度的输入输出，Ea、Ea

2、c为角度误差及其变化率，Uaf、Uap为角度模糊控制器和PID控制器输出，Ua为角度控制器总输出。同理，位置的控制输出也是如此。下面进一步以电机角度的模糊PID控制为例来说明系统的可行性。2.模糊控制器的设计设在采样时刻t，误差和误差的变化分别为：本模糊系统设计为二维控制器：et、Aet为两个输入变量，ut为输出变量。模糊控制器的基本结构如下图2所示。从上述控制器的系统设计中知道PID控制器的输出为Uap，模糊控制器的输出为Uaf，故总输出为Ua=Uap+Uaf=KPXet+KiXfetdt+Uaf。根据模糊控制规律本文设计系统中没有微分环节而参数Kp、K

3、i是通过实验方法确定的。从角度和距离的实际情况中我们可以看出，不同范围的误差变化，系统要取得好的控制效果，Kp、Ki参数是不同的。例如，在角度控制中，Kp适合于误差为10o到20o的中等角度，但它对5o以下的小角度调节时，KpXet就会过小，从而使得调节时间较长、稳态误差增大；但在对40o以上的大角度调节时，KpXet就会过大而出现较大的超调，调节时间也相应延长。所以针对这样的情况，在本论文中的PID控制器的设计针对不同范围的误差，采用了多组参数值的方法。将角度误差范分为小（0-50），中（5o-25o）、大（25o以上）3个区域，每个区域对应不同的参数值

4、。经过实验，本论文中的小角度误差时Kp取0.65，Ki取0.0015;中角度时Kp取0.35,Ki取0.0015;大角度时Kp取0.15,Ki取0.001。1.实验结果分析本系统的实验是利用MATLAB的Simulink仿真环境对系统进行的。下图3、4、5就是角度范围划分不同情况下单一的PID控制与模糊PID控制的效果对比0实验结果分析：(1)从图3和图4可以看出，在单一的PID控制输出超调量较大时，引入模糊控制后，确保快速性的情况下能够减小系统输出的超调量。(2)从图5可以看出，在单一的PID控制输出调节时间过长时，引入模糊控制后，确保不损失控制精度的情

5、况下，能迅速减小调节时间。2.总结通过实验对本文所提出的模糊控制器与单一PID控制器相结合构成的模糊PID控制算法进行了测试，并通过仿真曲线图形显示了模糊PID控制算法能够保证机器人足球系统运动控制的准确性和稳定性，又缩短了动态调整时间，取得了较好的控制效果。(作者单位：长春工业大学人文信息学院)参考文献：[1]诸静.模糊控制理论与系统原理[M].北京：机械工业出版社，2005.[2]李琳，曾孟雄.模糊PID控制在运动控制中的应用[■!].机械与电子，2006(2).[3]田琦，李琪，姚鹏，赵媛.基于模糊PID的全方位移动机器人运动控制[j].电子科技，2

6、011(9).