基于模糊PID算法的平衡车自适应控制

为解决两轮平衡车在行驶中控制难度大的问题,设计了一种非基于模型的比例积分微分(PID)控制策略,避免了基于模型的现代控制方案中存在的设计过程繁杂的问题。针对PID控制稳定性低、自适应性差的问题,本实验进一步优化出了以位移为反馈的模糊PID控制器。根据平衡车的物理结构,对其进行了数学建模;基于系统的状态空间表达式,对其作了可控性分析。传统PID存在的一项艰巨任务是确定控制器的参数,且一旦确定了参数,就很难再重新整定它,故本实验设计了模糊逻辑控制器(FLC)以更新PID的权重参数-Kp,Ki和Kd。通过Matlab仿真对比验证,本实验得到了PID及模糊PID两种控制方案下系统的响应与信号跟踪情况,模糊PID控制相比PID控制具有更好的控制效果:系统的调节速度提高了60%左右,稳定性提高了将近50%。在平衡车的负载重量发生变化的时候,传统PID控制难以避免地出现阶跃响应波动明显的情况,而模糊PID的系统响应相对平稳。因此,模糊PID控制下的平衡车系统可实现不同承载情况下位移的准确跟踪,满足了平衡车对系统稳、快、准的要求。