【正文】 第 21 頁 共 34 頁 不斷檢測 e 和 ec，根據(jù)模糊控制原理 來對三個參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同 e 和 ec時對控制參數(shù)的不同要求，而使被控對象有良好的動、靜態(tài)性能。利用模糊控制規(guī)則在線對 PID 參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊 PID控制器，其結(jié)構(gòu)如圖 示。本文綜合考慮這些因素，利用模糊 PID 控制將二者有機(jī)的結(jié)合起來，這樣即可以使 PID 控制具有模糊控制的智能和非線性特點(diǎn)，同時使模糊控制有了 PID控制的確定結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其二者的長處，使汽車動力學(xué)模型得到令人滿意的控制效果。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 20 頁 共 34 頁 模糊 PID控制是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息（如評價指標(biāo)、初始 PID 參數(shù)等）作為知識存入計算機(jī)知識庫中，然后計算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，自動實現(xiàn)對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整。它按照最優(yōu)原理來求得控制系統(tǒng)的最優(yōu)指標(biāo)，對控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)精度依賴性較大，但由于車輛系統(tǒng)本身是個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，這在一定程 度上限制了最優(yōu)控制方法在車輛穩(wěn)定性控制中的應(yīng)用。 表 3 一 1 臨界比例度法參數(shù)整定 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 19 頁 共 34 頁 控制器 參數(shù)控制規(guī)律 ? i? d? P 2K? PI K? k? PID K? k? k? 圖 模糊控制器的系統(tǒng)方框圖 模糊 PID 控制 模糊 PID 控制的基本思想 近年來，汽車動力學(xué)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的研究吸引了國內(nèi)外大批的專家在控制策略上進(jìn)行了探討和研究 [15]，主要控制方法有最優(yōu)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和模糊 PID控制等。 (3)根據(jù)氏、 TK 值，采用表 3 一 1 中的經(jīng)驗公式，計算出占， T:， T。設(shè)置為零，比例度占適當(dāng)， 然后運(yùn)行系統(tǒng)。用 TK 表示相鄰兩個波峰間的時間間隔，稱為臨界振蕩周期，通過計算可求出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。 臨界比例度法 (Z一 N 法 ) 本方法是齊格勒 (Ziegler)和尼柯爾斯 (Nichols)提出的一種 P 功參數(shù)工程整定的方法 。 (3)若需要引入微分調(diào)節(jié)，則按經(jīng)驗設(shè)置 T。具體步驟如下 : (l)設(shè)置初始條件下的比例度占，運(yùn)行系統(tǒng)，整定比例度。參數(shù)優(yōu)化方法基于模式識別的專家系統(tǒng)法以及基于控制器自身控制行為的控制器參數(shù)在線整定等。目前為止，國內(nèi)外對于控制器PID 參數(shù)整定方法的研究已經(jīng)有幾十年的歷史提出了多種優(yōu)秀的參數(shù)整定方法，主要有以下幾種 :基于被控過程對象參數(shù)辨識的整定方法 。 、 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 共 34 頁 常用 pID 的整定方法 PID 控制方法最主要的任務(wù)是整定控制器 PID 參數(shù)。模糊控制的過程是這樣的：采樣設(shè)備經(jīng)中斷采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差量，將誤差量作為模糊控制器的輸入量，通過模糊量化處理，將誤差的精確量變成模糊量，誤差的模糊量可用相應(yīng)的模糊語言表示，至此，得到了誤差的模糊語言集合的一個子集，再由和模糊控制規(guī)則（模糊關(guān)系）根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊推理（模糊決策），得到模糊控制量；最后，為了對被控對象施加精確的控制，還需要將模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，這個過程稱為非模糊化處理。 模糊控制的基本原理如圖 所示，其核心部分為模糊控制器。 模糊控制基本原理 模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，以模糊集合表示變量，由模糊邏輯運(yùn)算推理判決的一種高級控制策略，是現(xiàn)代智能控制理論的一個分支。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)，積分時間常數(shù)越大積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 簡單說來， PID 控制器各控制環(huán)節(jié)的作用如下： ：為了即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號 e(t)，一旦偏差產(chǎn)生，控制器以最快的速度產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。 圖 模擬 PID 控制系統(tǒng)原理框圖 PID 控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值 r(t)與實際輸出值 c(t)構(gòu)成控制偏差為： e(t)=r(t)c(t) 其控制規(guī)律為： ?????? ??? ? toDIP dttdeTdtteTteKtu)()(1)()( 其中， PK —— 比例系數(shù) 。 4. PID 控制原理 對于模擬控制系統(tǒng)，常規(guī) PID 控制 [13][14]由模 擬 PID 控制器和被控對象組成。相變過程就是馬氏體和奧氏體隨溫度變化下的相互轉(zhuǎn)化過程。假設(shè)加粗線代表 SMA 絲，將其兩端接 26 通過電流對其進(jìn)行加熱，并采用自然風(fēng)冷的辦法使其冷卻。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 34 頁 驅(qū)動關(guān)節(jié)動力學(xué)模型 以小臂為例建立 SMA 驅(qū)動回轉(zhuǎn)運(yùn)動關(guān)節(jié)動力學(xué)模型，原理如圖 32 所示。當(dāng)計算大臂驅(qū)動器所驅(qū)動對象的轉(zhuǎn)動慣量時，由于各桿件之間的位置關(guān)系不確定，因此轉(zhuǎn)動慣量屬于時變量。而移動臂與兩個轉(zhuǎn)動臂之間則不存在耦合影響。 2）高度耦合性。 1）高度非線性。拉格朗 日函數(shù) L 被定義為系統(tǒng)的總動能 K 和總位能 P 之差，即 L =KP 式中 K 和 P 可以用任何的方便坐標(biāo)系表示 動能與位能 動能與位能根據(jù)拉格朗日法推導(dǎo)機(jī)器人動力學(xué)方程的步驟，首先需要計算機(jī)器人總的動能和總的位能。機(jī)器人動力學(xué)方程是機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程，它表示機(jī)器人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)位置、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)加速度和各關(guān)節(jié)驅(qū)動器驅(qū)動力矩之間的關(guān)系。在機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三次樣條插值法對機(jī)器人在裝配作業(yè)過程中的軌跡進(jìn)行了規(guī)劃，中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 34 頁 并進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，為機(jī)器人軌跡跟蹤控制做好了必要的準(zhǔn) 備。利用 Adams 對機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析和仿真，進(jìn)一步驗證了模型設(shè)計及運(yùn)動學(xué)分析的可行性和有效性。 input: [1x1 struct] output: [] rule: [] 本章小結(jié) 本章小結(jié)本章介紹了裝配機(jī)器人的用途及操作特點(diǎn)，并據(jù)此設(shè)計了具有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 及一個移動關(guān)節(jié)的裝配機(jī)器人及其虛擬樣機(jī)模型。 aggMethod: 39。 impMethod: 39。 defuzzMethod: 39。 orMethod: 39。 andMethod: 39。 type: 39。 input: [] output: [] rule: [] fsys2 = name: 39。 aggMethod: 39。 impMethod: 39。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 34 頁 defuzzMethod: 39。 orMethod: 39。 andMethod: 39。 type: 39。,1) fsys2 = name: 39。 plotmf(fsys2,39。smf39。PB39。input39。,[20 39 41 60])。,39。,1,39。 fsys2=addmf(fsys2,39。pimf39。PS39。input39。,[10 1 1 10])。,39。,1,39。 fsys2=addmf(fsys2,39。pimf39。NS39。input39。,[60 40 39 20])。,39。,1,39。 fsys2=addmf(fsys2,39。zmf39。NB39。input39。E39。input39。 它都采用 SIMULINK 的 S 函數(shù)來實現(xiàn)。在機(jī) 器人運(yùn)動學(xué)分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用三次樣條插值法對機(jī)器人在裝配作業(yè)過程中的軌跡進(jìn)行了規(guī)劃，并進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，為機(jī)器人軌跡跟蹤控制做好了必要的準(zhǔn)備。利用 Adams 對機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析和仿真，進(jìn)一步驗證了模型設(shè)計及運(yùn)動學(xué)分析的可行性和有效性。 本章小結(jié)本章介紹了裝配機(jī)器人的用途及操作特點(diǎn)，并據(jù)此設(shè)計了具有兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及一個移動關(guān)節(jié)的裝配機(jī)器人及其虛擬樣機(jī)模型。其中仿真時間及各關(guān)節(jié)在運(yùn)動一定轉(zhuǎn)角所需要的時間需根據(jù)實際情況和需要進(jìn)行設(shè)定。添加一些簡單的坐標(biāo)系和約束以后通過 Mech/pro 接口軟件將機(jī)器人裝配模型導(dǎo)入到 Adams 中，并在 Adams 中對機(jī)器人施加必要的約束和驅(qū)動，并進(jìn)行靜力學(xué)和運(yùn)動學(xué)分析。裝配機(jī)器人的實體建模過程如圖24 所示。因此考慮采用專業(yè)的建模軟件（如 CATIA、 Pro/e、 UG等）與 Adams 相結(jié)合的方式實現(xiàn)機(jī)器人的建模。 連桿夾角 ? 連桿扭角? 連桿長度 L 連桿距離d 關(guān)節(jié)變量q 1 ? 1(0) 0 L1 L0 ? 1 2 ? 2(0) 0 L2 0 ? 2 3 0 0 0 d3 d3 4 ? 4(0) 0 0 L4 ? 4 表 21 裝配機(jī)器人連桿參數(shù) 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 34 頁 運(yùn)動仿真學(xué) 虛擬樣機(jī)建模機(jī)械工程中的虛 擬樣機(jī)技術(shù)又稱為機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，是 20 世紀(jì) 80 年代隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項新技術(shù)，其核心是機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真技術(shù)，同時還包括三維 CAD 建模技術(shù)、有限元分析技術(shù)、電液控制技術(shù)、最優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)工作。表中θ θ θ 3 和θ 4 分別為裝配機(jī)器人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)變量。利用齊次矩陣變換理論和 DH 矩陣參數(shù)表（如表 21 所示）建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型。確定手臂位置和姿態(tài)的各關(guān)節(jié)位置的解答，即運(yùn)動方程的求解。物體在工作空間內(nèi)的位置以及機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置都是以某個確定的坐標(biāo)系 來描述的；而工作任務(wù)則是以某個中間坐標(biāo)系來規(guī)定的。機(jī)器人的工作是由控制器指揮，而關(guān)節(jié)在每個置的參數(shù)是預(yù)先記錄好的。 a)階越電流時驅(qū)動器位移 時間曲線 b) 正弦電流時驅(qū)動器位移 時間曲線圖 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 34 頁 23 移