基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制

为提高仿生机器鱼位姿的控制精度,针对串级PID控制器中固定的内环比例、积分、微分系数不能较好地适用于仿生机器鱼所面临的复杂水环境,且控制参数整定难度大等问题进行了研究。首先,在串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制的基础上,利用模糊控制实时调整串级PID控制器中内环的控制参数,提出基于模糊自适应串级PID控制器的仿生机器鱼位姿控制算法。然后,在多水下机器人协作控制系统平台下进行对比实验。实验结果表明,与串级PID控制器相比,模糊自适应串级PID控制器减少了仿生机器鱼到达目标位姿的时间,降低了位姿误差,验证了算法的有效性。

基于概率鲁棒性的锅炉过热汽温串级PID控制器

基于概率鲁棒性理论,针对过热汽温这类工况参数对模型参数有较大影响的对象,提出一种固定参数的串级鲁棒PID控制器设计方法。根据被控对象模型的参数摄动范围及概率密度分布,计算闭环系统满足性能设计要求的概率作为优化算法的目标函数,利用遗传算法对串级PID控制器参数进行优化,用Monte-Carlo实验对控制系统进行鲁棒性检验。仿真结果表明,基于概率鲁棒的串级PID控制器对于对象工况参数引起的模型参数不确定性具有较好的鲁棒性,系统可以兼顾多个工况点的性能,以最大概率满足设计要求,最大限度地挖掘了固定参数串级PID控制器对模型参数具有不确定性对象的控制能力。

基于串级PID四旋翼飞行器控制系统研究

四旋翼飞行器具有不稳定、非线性、强耦合、建模不确定性等特性,同时是一个四输入、六输出的欠驱动系统。针对这样的系统,学者们在飞行器控制算法方面做了许多研究,比如LQR、滑模控制、反演控制等。虽然这些控制算法在姿态控制等方面有比较好的效果,但需要建立准确的数学模型,数据的实时处理对处理器性能要求高,实现起来有一定的困难。针对上述问题,以小型四旋翼飞行器为研究对象,根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼飞行器的运动、动力学模型,设计了一种易于实现的串级PID控制器,分别对飞行器的位置与姿态进行控制,应用MATLAB/Simulink对所设计的控制器进行仿真。结果表明,串级PID控制器能够快速、稳定、准确地对四旋翼飞行器实现姿态和位置的控制,同时具有比较好的鲁棒性。

自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法研究

针对传统PID控制算法不能很好地适应非线性被控系统、鲁棒性较弱、抗扰能力差等缺点,提出了一种基于传统PID控制与自抗扰控制结合的四旋翼飞行器控制方法。在传统PID控制器的基础上,对飞行器姿态解算过程中的不确定因素和外界干扰予以实时的观测和补偿。最后在Simulink中分别搭建传统串级PID控制器和自抗扰PID控制器的仿真模型,通过分析仿真结果得出自抗扰PID控制器的响应时间比传统串级PID控制器快约30%,稳态误差较传统串级PID控制器降低约15%,超调量降低约20%。由此得出自抗扰PID四旋翼飞行器控制方法能够很好地适应四旋翼飞行器非线性系统,达到抑制外界干扰以及补偿系统控制误差的效果。

改进GA的直流锅炉主汽温控制器参数优化研究

针对直流锅炉主汽温控制存在的大惯性、大延迟、时变性等问题,提出了带遗传算法(GA)优化的PID串级控制方法。采用了控制器分级多目标优化的改进方法,并利用遗传算法对串级PID参数进行实时动态优化,以适应主汽温对象的时变特性。针对基本的遗传算法进行改进,从而改善其运算量大且易早熟的缺点,提出了排序选择、自适应交叉和变异概率、压缩搜索空间等多种改进方法。仿真实验表明,所提出的方法能很好地改善系统的控制性能,有效提高控制系统的鲁棒性。

一种轻型水下机器人控制系统的设计和实现

文章针对水下机器人运行环境的特殊性,设计并构建了一款轻型水下机器人;对其控制系统进行了总体设计,并搭建了以STM32微控制器为核心的软硬件平台;根据该机器人的结构特点和运动特性,分别设计了单级和串级比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器对机器人进行深度及姿态控制,将姿态控制器和深度控制器计算得到的控制量并联输出,作为脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)调节量对电机调速;最后通过水下试验验证了控制算法和控制系统的有效性和可靠性。

基于视觉引导的室内四旋翼飞行器控制系统研究与设计

该文为使四旋翼飞行器能在低空平稳而有效地沿着特定的路径飞行,对四旋翼及视觉循迹算法进行了研究和设计。提取运动的感知和路径信息,利用三轴陀螺仪、三轴加速计及三轴磁力计采集飞行器系统的实时姿态信息;使用超声波传感器获取实时高度信息;采用摄像头传感器釆集路径的图像信息,通过对图像的预处理和赛道提取的算法完成对中心线位置的判断。通过空间位置到平面位置的转换,完成飞行轨迹的空间定位;对数据进行分析和处理,利用多个专门的高速数据处理模块接受实时位置数据、姿态数据;通过PWM输出,实现四旋翼飞行器视觉循迹的目的。

溶解浆置换蒸煮系统控制策略研究

置换蒸煮是一种新型节能、环保的溶解浆间歇蒸煮方式,蒸煮质量更好。通过分析溶解浆置换蒸煮不同工艺过程的控制策略,针对蒸煮锅锅内温差时滞性、实时性等特点,设计了DMC-PID串级控制器。通过Matalab仿真结果表明,DMC-PID串级控制器在超调量、动态响应方面控制效果更好,同时也具有较好的抗干扰。

基于STM32的四轴飞行器运动控制系统设计

本设计主要分析了四轴飞行器的飞行原理,通过STM32单片机作为控制核心对四轴飞行器进行姿态信息采集和姿态控制,根据四轴飞行器的飞行特点,设计了四轴飞行器运动控制系统。通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究,设计了串级PID控制器驱动电动机工作,从而实现四轴飞行器的起飞,悬停等姿态控制。

水空两用无人机的设计与控制系统研究

空中无人机与潜水器等单介质无人机的应用领域较为单一,潜水器往往需要结合船只才能进行投放,过程复杂,其耗时长、耗资大等缺点限制了其应用范围,且无法适用于一些恶劣的投放环境。本研究设计一种水空两用无人机,建立了三维模型,并采用3D打印生产了核心舱、真空舱等部件。基于STM32F407ZET6单片机完成了水空两用无人机的控制系统设计,并建立了稳定、有效的串级PID控制模型。最终制作了实物样机并进行了空中飞行、潜水等实验。

单目视觉和惯性导航的四旋翼飞行器设计

针对姿态测量中存在的机械振动问题采用了滑动滤波的方法进行处理。对机体的三个轴分别建立了线性状态方程,从而使用卡尔曼滤波对陀螺仪与加速度计的数据进行融合,有效的消除了传感器的测量误差。在此基础上设计了串级PID进行姿态控制。由于姿态与位置的强耦合关系,使得姿态稳定前提下,配合单目摄像头测量的位置信息,使用单级PID就可以获得很好的位置控制效果。实验结果表明姿态测量精度满足要求,并且取得了很好的控制效果,实现了飞行器稳定悬停飞行。

多旋翼自主飞行器

多旋翼飞行器是由多组动力系统组成的飞行平台,常见的有四旋翼、六旋翼、八旋翼,甚至更多旋翼组成。四旋翼飞行器的旋翼对称分布在机体的前后、左右4个方向,4个旋翼处于同一高度平面,且4个旋翼的结构和半径都相同,4个电机对称的安装在飞行器的支架端,支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。多旋翼飞行器由无刷电机驱动螺旋桨组成单组旋翼动力系统,按功能将控制系统划分成控制器模块、传感器模块、电源模块、数据处理模块和通讯模块6个独立的模块。本系统采用瑞萨官方的RL78/G13开发套件作为数据处理和路线导航的主控芯片,STM32作为辅助控制芯片,通过MPU6050陀螺仪的数据控制四个电机的转动从而达到平衡,通过超声波模块测出飞行器距离地面的高度来控制四旋翼的悬停。设计了串级PID控制器进行姿态控制。仿真和实际系统控制结果表明,该PID控制器可以得到较好的姿态控制效果,验证了控制系统设计的有效性。