【正文】 and (v) the measurements to the external beacons are hidden during the experiment, but this information is often helpful for debugging and updating the algorithms. The software simulator could be a good solution for these problems. A good simulator could provide many different environments to help the researchers to find out problems in their algorithms in different kinds of mobile robots. In order to solve the problems listed above, this simulator is supposed to be able to monitor system states closely. It also should have flexible and friendly users’ interface to develop all kinds of algorithms. Up to now, many mercial simulators with good performance have been developed. For instance, MOBOTSIM is a 2D simulator for windows, which provides a graphic interface to build environments [1]. But it only supports limited robot models (differential driven robots with distance sensors only), and 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 37 is unable to deal with on visual based algorithms. Bugworks is a very simple simulator providing dragandplace interface [2]。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 36 附錄 2 英文參考資料 Matlab is a powerful software development tool and can dramatically reduce the programming workload during the period of algorithm development and theory research. Unfortunately, most of mercial robot simulators do not support Matlab. This paper presents a Matlabbased simulator for algorithm development of 2D indoor robot navigation. It provides a simple user interface for constructing robot models and indoor environment models, including visual observations for the algorithms to be tested. Experimental results are presented to show the feasibility and performance of the proposed simulator. Keywords: Mobile robot, Navigation, Simulator, Matlab 1. Introduction Navigation is the essential ability that a mobile robot. During the development of new navigation algorithms, it is necessary to test them in simulated robots and environments before the testing on real robots and the real world. This is because (i) the prices of robots are expansive。為了節(jié)省 時(shí)間，模擬器還提供了一些功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)一些導(dǎo)航任務(wù)如避障和碰撞反應(yīng)。模擬器的瞬態(tài)本地化錯(cuò)誤結(jié)果如圖 5 所示。這意味著圖像縮放和此模塊中的投影操作是可靠的。圖 3(a)所示的路徑也清楚地證實(shí)了障礙避免模塊的性能。 第三， OAM 接通，和用戶的導(dǎo)航模塊保持相同。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)機(jī)器人撞墻在其面前，它停止，扭動(dòng)著在的地方，因?yàn)轳{駛噪音。 實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)試仿真系統(tǒng)的性能。由于每秒 25 次刷新圖像，看上去像一個(gè)真實(shí)的視頻。需要注意的是輸出數(shù)據(jù)包含估計(jì)的姿勢(shì)，真正的姿勢(shì)，協(xié)方差矩陣的每個(gè)步驟中，可以處理和計(jì)算精確實(shí)驗(yàn)后。 end loop 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 34 本地化的結(jié)果。 [lpose,l_noise] = call(users_Localization)。 DrawImage(Wall, Beacon)。 Rob=BuildRobot(robot_Para)。 模擬器的輸出模塊 視頻演示及數(shù)據(jù)結(jié)果 。將根據(jù)明晰選擇非可視信標(biāo)和將其傳輸?shù)綌?shù)據(jù)保險(xiǎn)絲子例程，觀察到的所有信息。在模擬器，這些傳感器數(shù)據(jù) 應(yīng)轉(zhuǎn)入作為子例程，真正的機(jī)器人，盡可能的靠近。它應(yīng)該輸出驅(qū)動(dòng)的信息定義由機(jī)器人模型，例如，左和右輪速度差異驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人。 OAM 了圖 2 所示的流程圖。模擬器為用戶提供內(nèi)置的 OAM 研究報(bào)告，以便他們能夠?qū)Ｗ⒂谒麄兊乃惴?。機(jī)器人和繪制的實(shí)時(shí)視頻流的環(huán)境也依賴于這些 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 30 參數(shù)。每個(gè)燈塔由四個(gè)元素的載體的 [x、 y、 ω， P] T，凡 (x， y) 起訴的燈塔的位置由笛卡爾坐標(biāo)值、 ω 是方向，面臨著的燈塔， P 是指向圖像文件的指針 意見(jiàn)場(chǎng)地信標(biāo)的前面。因此在模擬器中定義的客戶配置文件 （國(guó)家合作框架） 的系統(tǒng)中測(cè)試客戶的子例程中的算法。如圖 1 所示，以上虛線的模塊是用戶界面。 如圖 1 所示的建筑已經(jīng)發(fā)展到實(shí)現(xiàn)以上功能。這是用戶跟蹤導(dǎo)航過(guò)程，并找出錯(cuò)誤。 ? 凸塊反應(yīng)模擬。第四節(jié)載一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示系統(tǒng)的性能。在整個(gè)過(guò)程中；記錄數(shù)據(jù)此外進(jìn)行了一些基本的分析。在這一階段中使用 MATLAB 可以避免浪費(fèi)時(shí)間再生存在算法反復(fù)與重點(diǎn)的新的理論和算法的發(fā)展。從 Activmedia 詠嘆調(diào)有 2D 室內(nèi) 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 28 模擬器的先鋒移動(dòng)機(jī)器人 [8]。這兩個(gè)模擬器，即 Webots 和太太，提供了功能強(qiáng)大的接口，以建立移動(dòng)機(jī)器人和環(huán)境、 優(yōu)秀的三維顯示、 精確的性能模擬和編程語(yǔ)言的機(jī)器人控制。但它只支持有限的機(jī)器人模型（差驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的距離傳感器只），并且不能處理基于視覺(jué)算法。為了解決上面列出的問(wèn)題，該模擬器被應(yīng)該能夠密切監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)。在發(fā)展新導(dǎo)航算法的過(guò)程中，有必要在真正的機(jī)器人和現(xiàn)實(shí)世界的測(cè)試前模擬的機(jī)器人和環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。本文介紹的 2D 室內(nèi)機(jī)器人導(dǎo)航算法開(kāi)發(fā)基于 MATLAB 的模擬器。 同時(shí)，在畢業(yè)過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書(shū)籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。所以在工業(yè)應(yīng)用中只要將變化劇烈、而且幅度大的擾動(dòng)包括在串級(jí)系統(tǒng)副回路中，就可以大大減少其對(duì)主回路的影響。 串級(jí)控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上僅僅比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)多了一個(gè)控制回路，但對(duì)系統(tǒng)的影響特別大。 本文使用模擬 PID 控制方案對(duì)間歇式反應(yīng)釜進(jìn)行控制，主要成果如下： ，對(duì)反應(yīng)釜的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了分析， 設(shè)計(jì)出合理的控制方案?；み^(guò)程的被控對(duì)象往往是高維、大時(shí)滯、嚴(yán)重不確定與非線性等，控制起來(lái)非常困難。如圖 41 412 主、副調(diào)節(jié)的參數(shù)設(shè)置所示： 圖 411 副回路 PID 調(diào)節(jié) 結(jié)果 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 22 圖 412 主 PID 調(diào)節(jié)最后結(jié)果 當(dāng)副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定結(jié)束之后，視其為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路控制系統(tǒng)的方法整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，而不再考慮主調(diào)節(jié)器參數(shù)變化對(duì)副回路的影響。1s=35， T1s =。2s=， T2s=，其中 T2s 為衰減振蕩周期。經(jīng)計(jì)算以后，調(diào)節(jié)的參數(shù)設(shè)置如圖 45 所示 圖 45 PID 最終調(diào)節(jié)參數(shù) 經(jīng)調(diào)節(jié)后得到單回路 控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線圖，如圖 46 所示，從圖中可以看出單回路控制系統(tǒng)根本無(wú)法滿足間歇式反應(yīng)釜的基本工藝要求。2s，直到得到副回路過(guò)渡過(guò)程衰減比為 4:1 的曲線，即得到如圖 44 所示的階躍響應(yīng)曲線，此時(shí) amp。 微分調(diào)節(jié)依據(jù) “ 偏差變化的速度 ” 來(lái)動(dòng)作它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例 ， 其效果是阻止被調(diào)參數(shù)的一切變化 ， 有超前調(diào)節(jié)的作用 ， 對(duì)滯后大的對(duì)象 （ 溫度 ） 有很好的效果 .它使調(diào)節(jié)過(guò)程偏差減小 ， 時(shí)間縮短 ， 余差也減小 （ 但不能消除 ）。它用比例度來(lái)表示其作用的強(qiáng)弱 ， 比例度越小 ， 調(diào)節(jié)作用越強(qiáng) ； 相反 ， 比例度越大 ， 調(diào)節(jié)作用就越弱；比例作用太強(qiáng)時(shí) ， 會(huì)引起震蕩。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 微分 （ D） 控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分 （ 即誤差的變化率 ）成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。即當(dāng)比例 積分 微分 被控對(duì)象 r（ t） e(t)) u(t) c(t) + + + + 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 15 我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。 ，魯棒性強(qiáng)。 PID 控制 具有如下特點(diǎn)： ，易被人們熟悉和掌握。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 14 第 4 章 MATLAB 仿真設(shè)計(jì)及結(jié)果 模擬 PID算法 及規(guī)律 在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常見(jiàn)的 控制規(guī)律是 PID 控制。一旦事故發(fā)生，使其處于全開(kāi)狀態(tài)，以防止物料結(jié)晶、凝固和堵塞給重新開(kāi)工帶來(lái)麻煩，甚至損壞設(shè)備。 ，保證產(chǎn)品質(zhì)量。在選用時(shí)，應(yīng)考慮以下情況。變送器的任務(wù)就是將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。則副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) 應(yīng)取正，即為反作用調(diào)節(jié)器。各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的規(guī)定與單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)相同。 從上述方法可以看出，串級(jí)控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇完全由工 藝情況確定，與執(zhí)行器的氣開(kāi)、氣關(guān)型式及副控制器的作用方向完全無(wú)關(guān)，因此，串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇可以按先副后主的順序、即先確定執(zhí)行器的開(kāi)、關(guān)型式及副控制器的正、反作用，然后確定主控制器的作用方向。氣開(kāi)式調(diào)節(jié)閥，其靜態(tài)放大系數(shù) 取正，氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥，其靜態(tài)放大系數(shù) 取負(fù)。 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 11 主、副調(diào)節(jié)器的作用方式 控制器有正作用和反作用兩種方式，其確定原則是使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。它接受變送器或轉(zhuǎn)換器的 DC1~5V 或 DC4~mA 測(cè)量信號(hào)為輸入信號(hào)，與 DC1~5V 或DC4~20mA 給定信號(hào)進(jìn)行比較，并對(duì)其偏差進(jìn)行 PID 運(yùn)算，輸出 DC4~20mA標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)。 綜合以上因素， 選擇串級(jí)控制方案。 ；根據(jù)對(duì)反應(yīng)釜?jiǎng)討B(tài)特性的分析，確定以反應(yīng)釜的溫度為被控對(duì)象。因此，這種間歇式化學(xué)反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問(wèn)題，又要考慮反應(yīng)過(guò)程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問(wèn)題。 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖 25 所示。 圖 23 單回路控制系統(tǒng)方案示意圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論文） 7 圖 24 單回路控制系統(tǒng)框圖 串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 間歇式反應(yīng)釜是工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備之一，工藝要求 反應(yīng)物反應(yīng)所需要的溫度 為給定值 。 ：從間歇式反應(yīng)釜的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，影響釜底溫度有兩個(gè)量，一是通入夾套內(nèi)冷劑的流量，二是通入夾套內(nèi)熱劑的流量。 2℃ 。除自動(dòng)工況外，其他工況均可進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，