基于模糊自适应PID控制器的差压式管道检测机器人速度控制系统设计.pdf

《基于模糊自适应PID控制器的差压式管道检测机器人速度控制系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第９期许红等．基于模糊自适应ＰＩＤ控制器的差压式管道检测机器人速度控制系统设计１０１９基于模糊自适应PID控制器的差压式管道检测机器人速度控制系统设计１１１１２许红李著信李媛媛龚利红刘泽山（１．解放军后勤工程学院，重庆４０１３１１；２．９２６３５部队，山东青岛２６６０００）摘要针对差压式管道检测机器人的基本结构和调速原理，建立了相应的速度控制系统，明确了速度控制流程。应用模糊自适应思想，结合模糊控制和ＰＩＤ控制原理，设计了满足差压式管道检测机器人调速需求的模糊自适应ＰＩＤ控制器。关键词差压式管道检测机器人速度控制模糊ＰＩＤ控制自适应中图分类号Ｔ

2、Ｈ８６５文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１４）０９-１０１９-０４差压式管道内检测机器人依靠流体压能和动支撑机构等组成，其结构如图１所示。当管内流能产生的推力，随着管内流体的流动而运动，不需体速度较低或机器人进入爬坡管道时，会引起机要额外能源供应，是一种比较理想的检测装置，具器人速度降低甚至因流体驱动力不足停止前进，有结构紧凑及无需额外动力源等优点。但长距离可以利用蓄电池的能量驱动调速盘迎流面积变油气输送管道，内部空间有限，流体流速不稳定且大，获取更大的流体驱动力以保持恒定的速度运管道环境较差，机器人的速度波动较大，不但影响行，当机

3、器人的速度高于恒定速度时，减小调速盘机器人检测探头的数据精度，而且在弯管处出现迎流面积；当管内流体速度较高或机器人进入下机器人与管壁的撞击将导致检测元件损毁。因此坡管道时，会引起机器人速度过快，首先可以通过需要加强机器人速度稳定性的研究，设计一个速减小调速盘迎流面积来减小驱动力，其次可以增度控制系统，实现机器人速度可控，运行稳大支撑机构与管壁的摩擦力以获得较大的摩擦阻［１～４］定。模糊自适应ＰＩＤ的发展给机器人速度控力来降低机器人的速度。每组支撑机构有３套支［５］制技术的发展起到了很好的推动作用。撑组件，包括电磁铁、刹车元件、支撑轮和机身支①1

4、差压式管道检测机器人基本结构和调速原理撑杆，每个支撑组件之间的角度为１２０°，均匀地差压式管道机器人由调速盘、机器人本体及分布在机器人本体上。图１差压式管道检测机器人结构示意图①收稿日期：２０１４-０１-０８（修改稿）基金项目：总后勤部科研项目（油２００４０２０７）１０２０化工自动化及仪表第４１卷2速度控制系统和控制流程速度控制系统由以下几部分组成：直径大小可调的调速盘机械机构、刹车组件、控制部件和反馈部件。直径大小可调的调速盘机械机构包括：步进电动机、传动螺杆和调速盘。控制部件包括：控制器和数字控制电路。反馈部件包括：速度传感器及位置传感器等

5、。刹车组件由电磁线圈、弹簧、支撑轮、刹车元件及机身支撑杆等组成。机器人放进管道以后，速度传感器发出模拟信号，经过模／数转换，数字信号输入到控制器，控制器处理速度信号以后，计算出当前工作间隙的大小，控制步进电动机正向或反向转动的角度，由传动螺杆带动推拉杆动作，从而达到控制变速翼与管道之间间隙的目的，再通过位置传感器的测量，反馈给处理器，计算出控制后的间隙值与预期的间隙值之差，再控制步进电动机来调整间隙，通过闭环控制，精确调节间隙和摩擦因数，最终实现控制机器人的速度。速度控制系统方框图如图２所示。图３速度控制流程3基于模糊自适应PID的速度控制器设

6、计3．1模糊自适应ＰＩＤ速度控制器原理［６］应用自适应控制思想，将模糊控制和［７］图２速度控制系统方框图ＰＩＤ控制相结合就构成了模糊自适应ＰＩＤ控首先，配置好机器人开始的工作状态，包括机制。其原理是运用基于模糊理论的模糊控制器，器人本体质量、调速盘的直径大小、每个脉冲对应根据人工控制经验对ＰＩＤ控制器的Kｐ、Kｉ、Kｄ３个［８，９］调速盘的大小和电磁铁通电量分别对应的机器人参数进行整定。运行速度的范围。为进一步提高速度控制系统的响应与执行速当管道环境发生变化时，通过速度传感器采度，减少数据计算量，ＰＩＤ控制采用增量式ＰＩＤ控集一定时间内当前机器

7、人的移动速度，然后判断制器。管道机器人速度模糊自适应ＰＩＤ控制器结当前机器人速度是否在正常工作速度范围内。当构如图４所示，管道机器人速度模糊自适应ＰＩＤ机器人速度过快时，则根据偏离的速度值计算出控制器输入变量是速度传感器实测机器人速度和需要改变的电磁铁通电量，同时将调速盘直径调设定速度值的误差e与误差变化率ec，输出变量至最小；当机器人速度过慢时，则根据偏离的速度为ＰＩＤ控制器３个参数的偏差ΔKｐ、ΔKｉ、ΔKｄ。值计算出需要改变的调速盘直径大小，同时关闭速度误差e和误差变化率ec经模糊控制器模糊通电线圈。机构控制方法及其流程如图３所示。化后，

8、再通过模糊推理环节，转变为ΔKｐ、ΔKｉ、为了精确控制调速盘直径大小或电磁铁通电量，ΔKｄ对应的模糊值，最后将模糊值解模糊化，并与防止步进电动机发生失