輪式移動機器人零半徑轉(zhuǎn)向過程pid控制解析設計及實現(xiàn)[編號275]-文庫吧
2025-05-23 22:40 本頁面
【正文】 eer PID control analytic design 輪式滑動轉(zhuǎn)向移動機器人（WSMR）結構簡單，不需要專門的轉(zhuǎn)向機構, 通過改變兩側(cè)車輪速度實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)彎半徑——滑動轉(zhuǎn)向(skidsteer)又稱為差速轉(zhuǎn)向——當兩側(cè)車輪速度大小相等、方向相反時可實現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向, 所以在運行空間受到限制的環(huán)境中得到廣泛應用[1, 2, 3]。輪式移動機器人的運動控制技術包括軌跡控制、伺服控制兩大基本技術。其中轉(zhuǎn)向控制屬于伺服控制，又直接為軌跡控制的實現(xiàn)提供了必備的基礎，是極其重要的環(huán)節(jié)[4]。在伺服控制領域，PID控制器是最早發(fā)展起來的控制策略之一，其技術最成熟、應用最廣泛，而且其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性控制系統(tǒng)[5, 6]。由于零半徑轉(zhuǎn)向可通過分析建立比較精確的數(shù)學模型，所以在這里選用經(jīng)典而又在工程上常用的PID控制算法。本文針對輪式滑動轉(zhuǎn)向移動機器人的零半徑轉(zhuǎn)向模態(tài)進行電氣與動力學分析，建立了此模態(tài)下的數(shù)學模型，并用解析法設計出符合控制性能的PID控制器，最后把該算法應用在實際的機器人轉(zhuǎn)向控制中。 問題陳述 輪式滑動轉(zhuǎn)向移動機器人的零半徑轉(zhuǎn)向控制就是控制輪式移動機器人在原地轉(zhuǎn)任意的角度，其中。本文中使用的機器人共有左右兩個驅(qū)動輪，前面一個起支撐導向作用的萬向輪。要想控制機器人轉(zhuǎn)向，實際上就是控制兩個驅(qū)動輪轉(zhuǎn)過方向相反、距離相同的弧線，此弧線的長度除以兩輪間距離的一半就是機器人在原地轉(zhuǎn)過的角度。至此，問題轉(zhuǎn)變成如何控制左右電機驅(qū)動兩輪轉(zhuǎn)過方向相反、距離相同的弧線。圖1 零半徑轉(zhuǎn)向示意圖被控對象及其傳感器部分包括：直流伺服電機、光電編碼器、減速器，要求設計一數(shù)字PID控制器，使其能夠被控對象能夠隨動地跟蹤由路徑導航層產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向角度目標值，最終達到機器人路徑導航的目的。需要達到的性能指標為：超調(diào)量（），調(diào)節(jié)時間（），穩(wěn)態(tài)誤差（）。： 機器人的左右兩個輪子分別由兩個永磁式直流電機經(jīng)減速機構后驅(qū)動，其單個電機的扭矩可表示為： （1）其中為電樞電流，定義為電機常數(shù)。電樞電流與輸入電壓之間的關系為： （2）（2）稱為電機的電氣回路方程。其中，是與電機速度成正比的反向感應電動勢，為扼流圈的電感值，為電樞固有的電感值。反向感應電動勢與電機的角速度有如下關系： （3）其中，為速度常數(shù)。于是由（2）、（3）兩式得到電樞電流為：
教學教案相關推薦
鄂ICP備17016276號-1