P为转换矩阵。
这样,就可以将机器人整体期望速度解算到4个轮子分别的速度,把数据传送到控制器中,可以完成对机器人的控制。
2 基于模糊PID的运动控制器设计
目前,常规PID控制器已被广泛应用于自动化领域,但常规PID控制器不具备在线整定控制参数忌kp,k1,kD的功能,不能满足系统的不同偏差对e和偏差值变化率ec及对PID参数的自整定要求,因而不适用于非线性系统控制。
结合该运动控制系统的实际运行条件,设计采用模糊PID控制方法来实现快速移动机器人车轮转速大范围误差调节,将模糊控制和PID控制结合起来构成参数模糊自整定PID算法用于伺服电机的控制,使控制器既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有PID控制精度高的特点,使运动控制系统兼顾了实时性高,鲁棒性强及稳定性等设计要点,并可通过模糊控制规则库的扩充,为该运动控制系统方便添加其他功能。
2.1 参数模糊自整定PID的结构
模糊PID控制系统结构框图如图2所示,系统的输入为控制器给定轮速,反馈值为电机光电码盘反馈数字量,ΔkP,Δk1,ΔkD为修正参数。PID控制器的参数kP,k1,kD。由式(3)得到(kP',k1',kD'为PID参数初值):
由此,根据增量式PID控制算法可得到参数自整定PID控制器的传递函数为:
2.2 速度控制输入/输出变量模糊化
该速度控制器的输入为实际转速与设定转速的偏差值e,以及偏差值的变化率ec;输出量为PID参数的修正量ΔkP,Δk1,ΔkD。它们的语言变量、基本论域、模糊子集、模糊论域及量化因子如表1所示。
在模糊变量E和EC以及输出量ΔKP,ΔK1,ΔKD,的语言变量和论域确定后,首先必须确定模糊语言变量的隶属度。常用的隶属函数有B样条基函数、高斯隶属函数、三角隶属函数等,考虑到设计简便及实时性的要求,采用了三角隶属函数。