亚博APP安全有保障-PID算法与机器人控制系统如何结合?

本文摘要:机器人学代表了当今集成度低、具备代表性的高技术领域,它综合了多门学科。

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机器人学代表了当今集成度低、具备代表性的高技术领域,它综合了多门学科。其中还包括机械工程学、计算机技术、掌控工程学、电子学、生物学等多学科的交叉与融合,反映了当今简单科学技术的先进设备水平。

一般而言,机器人由几大部分构成,分别为机械部分(一般是指通过各关节连接构成的机械臂)、传感部分(还包括测量方位、速度等的测量装置),以及掌控部分(对传感部分传到的测量信号展开处置并得出适当掌控起到)。作为机器人的“大脑”,机器人控制技术的重要性不言而喻它主要是通过传感等部分传输的信息,使用控制算法,使得机械部分已完成目标操作者而分担适当掌控功能对应的部分。最后的目的是尽量增大机器人实际运动轨迹与希望目标的偏差,超过理想的运动精度。机器人控制器是一个计算机控制系统,它以机器人控制技术为理论,同时还要因应机器人的运动学和动力学建模。

这时,我们就将一个简单、抽象化的物理模型转换成了比较明晰、抽象的数学模型,日后创建,那么我们就在一定程度上就把掌控问题从明确的机器人装置中分离出来,从而对其展开更进一步地了解。随着机器人涉及科学技术的演变,控制算法也渐渐显得非常丰富一起,产生了诸如自适应控制、自校正掌控、鲁棒控制、逆结构掌控、非线性系统控制、预测掌控等众多新型控制策略。但是,在众多杰出的控制算法中,尤为活跃的当属PID(比例、分数、微分)掌控,许多先进设备的控制策略也都是基于PID控制算法的基础上发展出来的。

在生产过程系统控制的发展历程中,PID掌控是历史最历史悠久生命力最弱的基本掌控方式之一。在20世纪40年代以前除在最简单的情况下可以使用电源掌控外,它是唯一的掌控方式。20世纪,通信技术、电子技术开始发展。同时战争、工业也沦为了推动力,自动控制技术与自动控制理论开始较慢发展。

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PID的问世源自人类对于反馈系统的涉及研究。20世纪20年代,美国贝尔电话实验室的科学家本逐步创建了对系统控制系统的频率特性分析方法。贝尔实验室具备通信背景的工程师们往往很熟知频域方法。

1932年,奈奎斯特(H·Nyquist)公开发表论文,使用图形的方法来辨别系统的稳定性。这套方法,后来也用作自动控制系统的分析与设计。

之后,反馈控制原理开始应用于工业过程。1934年美国麻省理工的赫曾教创办了控制器掌控理论,首次明确提出轨迹追踪在反馈控制中的重要性。两年后,英国的考伦德(A·Callender)和斯蒂文森(A·Stevenson)等人得出了PID控制器的方法。

非常简单说来,PID掌控的优点有三:技术成熟期,掌控效果优良;适应性强劲,对于各种过程控制对象,PID算法完全都符合要求;鲁棒性强劲。其中,鲁棒性(Robustness)指,它体现对系统控制系统具备忍受这一类不确定性影响的能力。非常简单来说,当鲁棒性较好就是指当机器人的某些物理特性产生变化时,PID算法仍需要将机器人的姿态控制在合理范围内。

一方面,PID成本便宜,更容易操作者;另一方面,绝大部分掌控对象可以必要用于PID掌控,而不用求证其模型机理,因其较强的鲁棒性可保证系统的性能指标符合基本拒绝。一般意义上,PID控制器是线性控制器。PID掌控的含义是,将经过对系统后获得的误差信号分别展开比例P、分数I和微分D运算后再行变换获得控制器输入信号。在实际工作过程中,系统得出等价值(也可称作期望值),测量环节测量出有的实际输入值对系统给系统,且将与期望值产生偏差e。

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而PID控制器的起到就是缺失该偏差e。在明确应用于时,我们可明确问题具体分析,根据实际必须自由选择P、PI、PD、PID有所不同的人组方式。实际操作过程中,机器人的控制系统调试过程的关键之后在于调节比例、分数、微分这三个环节的系数。

有了算法,该如何与机器人融合呢?我们荐个例来解释。我们以轮式机器人为事例,为了使得机器人可以灵活、平稳地行驶,我们必须对驱动机器人本体的伺服电机展开掌控,那么首先必须对控制器驱动器本身的PID展开调节。然后,为了掌控效果更加准确,系统还不会使用开放式多轴运动控制器(PMAC),而该控制卡也可以展开PID调节,这种机器人的控制系统可简化成如下流程。

那么,这比例、分数、微分这三个环节在机器人系统中到底起着怎样的起到呢?三个环节各有各的特色,让我来分别看一下:比例P:它可以体现机器人“当前”的前进速度与掌控人员等价值之间的偏差,KP越大,系统调节的就越好,但是过大之后就不会造成机器人运动不平稳;分数I:它可以体现机器人的“总计”偏差,只要有误差,分数环节就不会调节,最后不会调整使得系统无偏差,即使得机器人超过操作者人员得出的运动状态;微分D:它可以“提早”意识到机器人运动偏差的趋势,在还没构成以前,落后地避免误差;三个环节中,分数I环节和微分D环节无法分开用于,必需融合比例P环节一起用于才讫。在该系统中,操纵人员通过电脑与机器人展开嵌入式,得出适当的控制指令(比如暂停、行进等),控制器驱动的PID对伺服电机展开可行性掌控,伺服电机的测量信号对系统给开放式多轴运动控制器,然后该控制器的PID不会对系统展开再度细调,使伺服电机运营得更加稳定,从而已完成掌控人员对轮式机器人的各种操作者指令。自计算机转入掌控领域以来,用数字计算机替换仿真计算机调节器构成控制系统。为了便利计算机计算出来,PID还可以使用增量式传达。

对于机械部件来说,这样做到大有裨益,计算机每次只输入掌控增量才可,这样做到之后减少了机器人故障再次发生时的影响,并能构建无扰转换,同时PID掌控也显得更为灵活性了。

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