微机控制技术2007.03～06PPLID控制回路及其在移动机器人控制中的应用.doc

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1、自动04112004821037詹日新PPLID控制回路及其在移动机器人控制中的应用在看了《模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题》和《ImplementationofaNewSelf-TuningFuzzyPID》这两篇有关于讨论PID相关问题的论文之后，我针对自己现在正在研究的移动机器人的伺服系统的解决方法中遇到的一些问题结合数字PID算法进行了一些研究讨论，希望能对PID算法中的一些不足给以改进。在机器人移动路径的规划中，电机的反馈控制算法是重要的环节，是任何闭环控制方案的核心。在反馈系统中，微处理器完成电机闭环控制系统的位置、速度等调节器的所有功能，它将编码器来的反馈值与

2、指令进行比较，再按一定算法计算电机下一步的位置速度值，并把此值换算成8253需要的频率值。目前电机控制中较为普遍，且实用性较好的算法仍是PID算法。PID算法具结构简单、物理意义清晰、便于实现的优点，因而成为当前工程应用中最普遍和最经典的控制算法。但是参数整定一直以来都困扰着工程技术人员。在实际运用中，经常会出现PID调节运算时的浮点数溢出问题。一方面，由于PID算法常用于前端控制回路，因而在一个较大的系统中往往有几十乃至几百个PID回路，这使得参数调整十分繁琐。若各个回路间存在耦合关系，则工作量更是难以预计。另一方面，PID算法的应用场合十分广泛，而不同场合的控制参数却又不尽相同，因此针对某

3、个被控对象设计的PID电路很难适应另一个被控对象的要求。这使得PID控制系统长期停留在通用算法的层次，难以提升为价格低廉的通用IC。上述两方面使得PID的广泛应用和参数整定过于繁琐的矛盾日益突出。要解决这个矛盾，实现PID算法集成化，必须找到一个简便灵活的参数整定方法。同时，随着工业控制对精度和抗干扰的要求越来越高，高频微扰的问题日益突出。经曲PID算法采用积分前置的方法来减小高频微扰的问题。但由于积分效应，必然削弱微分的预测补偿能力，从而影响系统的精度和灵敏度。采用新的方法克服高频微扰，也是一个亟待解决的问题。面对PID控制在机器人运用中的一些缺点，采取PLL（锁相环）与PID结合，对系统性

4、能会有很大改善。PLL的主要结构十分简单。它由一个鉴相器、一个充电泵、一个环路滤波器和一个压控振荡器(VCO)构成。PLL在频率合成、通信以及标准信号发生器中被广泛应用，具有整套成熟的理论，是相当经典的电路，其高灵敏度和高精度已被理论和实践证明。可将PID和PLL有机地结合起来，利用PLL的优异性能改进传统PID电路。PLL本身可以看成一个锁相积分环。其中的鉴相器承担了差值计算和相位跟踪的任务（计算标准信号与反馈信号的相位差）；积分器则不仅完成了积分功能，还肩负着保持当前状态的任务；而压控振荡器（VCO）则负责将被控对象信息反馈回鉴相器。可见，这个环路已经具备了差值计算和积分的功能，只要再配以

5、比例和微分调节，就构成一个新疑的控制回路。由于其中含有锁相积分回路，因此称其为PPLID（即比例、锁相积分、微分控制器）。PPLID吸收了经典PID的基于思想，因此可应用于经典PID回路所能涉及的所有领域，其优越性表现在以下四个方面：①利用鉴相器作差值运算，大大提高了PPLID的灵敏度和精度。②PPLID中积分器的平均积分时间很短。③PPLID利用微分和比例调节可以实现全功率提前补偿。④PPLID可用于高精度控制。由于嵌入了PLL，因此PPLID继承了PLL回路的高精度特性，完全能够任要求高精度控制的任务，成本也十分低廉。由此可见，在机器人小车的前端控制器中应用了PPLID回路，可以取得较好的

6、效果。由于传感器返回的信号是频率信号，可以直接输入到鉴相器的反馈端，因此无需使用压控振荡器。PPLID控制回路中采用的基本信号参量是频率或相位，根据调频或调相通信的原理，这种信号抗干扰能力强，适合远距离传输，而且便于实现数字无线通信。相信PPLID在分布式控制系统中将大有作为。参考文献：《机器人的创意设计与实践》——宗光华等编著《机器人设计与控制》——[美]丹尼斯.克拉克迈克尔.欧文斯著《玩具机器人制作》——[日]山明宏治著