基于模糊PID與算法控制智能小車速度.pdf

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1、基于模糊PID與算法控制智能小車速度余莎麗，等基于模糊PID與算法控制智能小車速度余莎麗，劉小龍，周健民(華南理工大學(xué)廣州學(xué)院廣州，510800)摘要：基于16位單片機(jī)MC9SxSl28對(duì)智能小車的直流電機(jī)的速度進(jìn)行控制，利用速度閉環(huán)控制及模糊PID算法優(yōu)化速度控制方案，從中對(duì)控制策略和控制方案進(jìn)行深入分析及仿真，最終完成了智能小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，所提出的控制策略和采用的控制方案具有控制精度高、響應(yīng)速度快等特性。明顯提高了驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，提高了小車行駛的平順性、穩(wěn)定性和高效性等性能。關(guān)鍵詞：16位單片機(jī)；直流電機(jī)；速度閉環(huán)；模糊PID算法中圖分類號(hào)

2、：TPl3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BDOI編碼：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．02．076AbstI．a(chǎn)ct：Thedesignofsmartcarbasedon16一bitmicrocontrollerMC9SXSl28dcmotorspeedcontrol，speedclosedloopcontrolandfuzzyPIDalgodthmwasusedtooptimizethespeedcontmlscheme，whichcontrolstrateg)，andcontrolschemeforthein—depthanalysisandsimul

3、ation，finallycompletedthesmartcarmotordrivesystemdesign．TheI℃sultsshowthattheproposedcontrolstrategyandthecontrolschemehashighcontmlprecision，fastresponsechamcteristics．S培nificantlyimpmvesthedynamicresponseoftheelectricperfb冊(cè)ance，impIDVethecardriVingcomfbn，stabilityandemciencyetc．Keywor

4、ds：16bitsinglechipmicrocomputer；Dcmotor；Speedclosed—loop；FuzzyPIDalgorithm，Theclassifica“onnumber：TPl3Literatureidenti6ca“oncode：BO引言PID控制系統(tǒng)在控制理論中技術(shù)相對(duì)成熟，應(yīng)用廣而多。其控制對(duì)象為一個(gè)非線性的滯后性系統(tǒng)，考慮到其應(yīng)用方面的特殊性，僅僅采用傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)，會(huì)造成系統(tǒng)調(diào)節(jié)呈階躍式跳躍變化，使控制對(duì)象反應(yīng)遲鈍并且容易產(chǎn)生震蕩和超調(diào)等問題，從而影響系統(tǒng)性能?。本設(shè)計(jì)是以最短時(shí)間走最優(yōu)路徑為目的來控制智能小車，由于傳統(tǒng)PID

5、存在缺陷，不能滿足本設(shè)計(jì)的控制精度和響應(yīng)時(shí)間，而模糊PID算法可以克服系統(tǒng)的非線性、時(shí)變性，所以我們采用了飛思卡爾智能車競(jìng)賽常用的模糊PID算法和閉環(huán)控制算法相結(jié)合的方式取代了傳統(tǒng)的PID算法。當(dāng)今發(fā)展處于旺盛時(shí)期的工業(yè)4．0戰(zhàn)略，其兩大主題“智能工廠”和“智能生產(chǎn)”在控制方面正在往高精度、工作可靠性強(qiáng)等方面發(fā)展。所以本設(shè)計(jì)的控制策略有著很大的發(fā)展前景。1速度控制總體方案圖1智能小車買物圖本設(shè)計(jì)通過模糊PID控制算法以及閉環(huán)控制算法對(duì)智能小車的直流電機(jī)進(jìn)行控制。為了優(yōu)化小車的路徑以及在不同的路況(嚴(yán)格直道、直道、小彎道、大彎道、急彎道等)更好的控制小車速度，僅僅通過傳

6、統(tǒng)PID算法來控制小車的速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以我們采用了模糊PID算法來優(yōu)化小車的速收稿日期：2015一10—13作者簡(jiǎn)介：余莎麗，女，講師，主要研究方向?yàn)閺V義非線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性容許性?！?6·度。本設(shè)計(jì)除了模糊PID控制之外還采用了速度閉環(huán)控制，通過反饋回來的速度脈沖信號(hào)可計(jì)算出小車的實(shí)時(shí)速度n(￡)，并根據(jù)所設(shè)定的速度凡。(f)求得速度偏差e(￡)=‰(￡)一n(￡)，通過模糊PID控制調(diào)整后輸出電壓控制信號(hào)u(￡)，電壓控制信號(hào)M(f)最終通過放大器放大后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用以改變小車速度“。。如圖1為本設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)圖：2基本原理圖2直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)圖

7、2．1傳統(tǒng)PID控制原理PID分別表示偏差的比例、積分和微分。它具有控制原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用范圍廣，控制參數(shù)獨(dú)立，參數(shù)選定相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。所以現(xiàn)在一般采用的控制規(guī)律是PID控制㈨。如圖2為PID控制原理圖。圖3傳統(tǒng)PID控制原理圖誤差值e表示期望值)，與實(shí)際輸出值之間的差值，通過PID控制算法計(jì)算出輸出量M，通過輸出量控制被控制對(duì)象，被控制對(duì)象通過閉環(huán)處理反饋實(shí)際輸出值，再而與期望值比較，輸出偏差值”J。2．2模糊PID控制原理所謂的模糊PID就是根據(jù)PID控制器的P，I，D三個(gè)參數(shù)與偏差e和偏差的變化ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時(shí)不斷檢測(cè)e及ec