双轮自平衡车的双闭环式PID控制系统设计与实现

双轮自平衡车是一种集环境感知、规划决策、自主驾驶等功能为一体的综合性系统。提出了一种双闭环式PID控制系统实现双轮自平衡车的控制。针对传统的PID控制算法的缺陷,该系统引入了双闭环式PID改进平衡车的控制算法。同时对平衡车的硬件系统与软件控制系统进行了设计、实现与分析。实验表明:所提出的控制系统是有效可行的,提高了平衡车的稳定性和动态响应性。

双缸液压驱动系统灰色预测模糊PID控制研究

为了提高双缸液压驱动系统非线性变化力的跟踪精度,使驱动力变化相对稳定,设计了灰色预测模糊比例积分微分(PID)控制器,并对驱动力跟踪效果进行仿真验证。为了对双缸液压驱动系统工作原理进行介绍,绘制了双缸液压驱动系统装置简图。针对传统PID控制器进行改进,结合模糊推理和灰色预测理论,设计出灰色模糊PID控制器,并且给出了双缸液压驱动系统控制过程。利用灰色补偿提高控制器的抗干扰能力,采用Matlab软件对双缸液压驱动系统非线性力的变化跟踪进行仿真,与改进前的控制效果进行对比。结果显示:在无干扰环境中,采用PID控制、模糊PID控制和灰色预测模糊PID控制方法,均能提高双缸液压驱动系统力的变化跟踪精度,这3种控制器控制效果相差不大。在有干扰环境中,灰色预测模糊PID控制方法明显优于PID控制和模糊PID控制方法。双缸液压驱动系统采用灰色预测模糊PID控制方法,能够抑制外界波形的干扰,从而提高控制系统的稳定性。

双闭环PID应用下投篮机器人路径跟踪控制研究

投篮机器人路径图像噪声会影响机器人路径跟踪控制效果,导致投篮机器人偏离正常轨迹,为此提出双闭环PID应用下投篮机器人路径跟踪控制方法。分析投篮机器人架构,利用OpenMv视觉识别方法采集投篮机器人路径图像,结合小波阈值算法对采集到的图像实施去噪处理,从而获取清晰的投篮机器人路径图像。根据图像去噪处理结果,将曲线拟合法与特征点检测法相结合,实现投篮机器人路径识别。根据投篮机器人路径识别结果确定路径实际偏移量,结合推动器实现位置、移动速度建立的双闭环PID控制器,从而实现投篮机器人路径跟踪控制。实验结果表明,该方法的投篮机器人路径图像去噪熊效果好、跟踪控制效果好,充分验证了该方法的有效性。

基于双闭环PID控制的拨禾链转速控制系统研究

为了解决玉米收获机割台拨禾链转速缺乏自动控制系统,引起玉米茎秆被推倒的问题,以收获机车速为参考值,使用拨禾链转速与扭矩为反馈值,设计了一种基于双闭环PID控制的拨禾链转速控制系统。经过对关键参数的计算,使用AMESim软件进行了系统建模,并进行了仿真。仿真结果表明,双闭环PID控制系统对转速信号的阶跃响应时间最大为0.87s,最大超调量2.63%;控制系统受到拨禾链阻力矩阶跃信号影响时,转速最大下降6.34%;拨禾链系统的消耗功率相对于纯机械传动降低5.3%。该控制方法为玉米收获机拨禾链系统的设计提供了新的思路。

基于双传感器和PID控制的呼吸机系统设计

呼吸机除了给患者提供持续稳定的氧气输入,还需对呼吸状态进行准确判断。本文提出一种基于双传感器和PID控制的呼吸机系统,系统主要由单片机主控模块、风机驱动模块、流量传感器、压力传感器、通气管道、面罩以及基于MATLAB开发的GUI上位机软件七部分组成。主控模块将流量传感器监测的实时流量数据通过串口传输至上位机进行处理,上位机采用流量变化率触发算法对呼吸状态进行准确判断,并发送相关指令到主控模块,通过PID控制算法改变风机转速,从而实现气道压力的动态调节。测试结果表明,所设计呼吸机系统能快速准确地实现呼吸状态判断、呼吸异常情况检测以及对呼吸波形、呼吸参数的实时显示,并能通过PID控制实时调整通气压力和流量,改善患者呼吸状况。

列车制动系统双闭环控制方法研究

为了提高列车制动距离的精度,保证列车安全稳定停车,文章提出了制动系统双闭环控制方法,在原有制动缸压力闭环控制的基础上增加外环减速度控制,实现对列车减速度的精确控制,提出PI控制法和动态调整法实现外环控制。实车验证显示,所提出的方法能够将减速度误差从20%缩小到约5%,在不同载荷下制动距离均较为稳定。结果表明,通过双闭环控制方法控制速度快的同时能够保证稳定的制动距离,提高各种轨道条件下列车的稳定性及准点率,增加既有线路的行车密度。

双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法

双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立故障检测模型;利用传感器故障传播的滞后特性建立故障定位模型;利用突变故障的幅值特性建立了故障估计模型;利用故障调节动态过程的变化趋势建立了故障分离模型;通过在线数据标定获得了故障诊断动态模型。通过实验验证该方法的有效性和高精度。研究结果表明,所提方法适用于一般双闭环比值控制系统传感器的实时故障诊断,其中故障检测准确率可达98.5%,故障定位准确率可达98.5%,故障估计准确率可达99.28%,故障分离准确率可达98%。

基于滑模控制的双电机嵌入式同步系统

采用DSP TMS320F28335和FPGA XC4VLX60作为核心芯片,搭建了刚性轴连接的双电机速度同步控制的嵌入式系统。FPGA负责旋转变压器信号的解码和相电流信号的采集,并防止逆变器的上、下桥臂短路,DSP负责控制算法的实现,提高了系统的实时性和可靠性。基于矢量控制方法实现了永磁同步电机的运动控制,速度环采用滑模控制器,提高系统的鲁棒性,电流环采用交叉耦合控制器,保证两个电机的输出力一致。通过阶跃响应实验,当速度指令为500 r/min时,经过0.08 s电机反馈速度稳定在500 r/min,双电机的电流差异由启动时的0.75 A迅速稳定在0.29 A,验证了控制算法和嵌入式系统的有效性。

基于西门子PLC的双闭环PID控制在橡胶制品挤出上的应用

现有轮胎生产技术中,轮胎产品中的主要半制品橡胶部件需要采用挤出工艺进行生产,半制品挤出过程是生产汽车轮胎必不可少的工艺环节,挤出制品的质量与精度直接影响到轮胎产品的最终质量与精度,也影响到轮胎生产的成本。解决稳定性差,挤出精确性差问题迫在眉睫。本文论述的控制系统采用一种串联双闭环PID算法进行速度的闭环控制,能够较好的解决现有轮胎半制品挤出生产技术中稳定性差和挤出精确性差的问题。

基于模糊PID的磁柱式断路器温度控制系统

当前磁柱式断路器温度控制系统设计主要采用固定的控制参数,缺乏对温度变化的自适应调整,忽略了温度变化的非线性特性,导致系统控温的温度变化范围大,为此设计基于模糊PID的磁柱式断路器温度控制系统。首先,改用STM32F103R8T6处理器芯片和Pt100型温度传感器,软件设计部分采集磁柱式断路器的温度数据,为后续的温度控制提供基础数据。然后,设计模糊PID温度控制器,结合模糊逻辑和传统PID控制算法,以应对温度控制中的不确定性和非线性问题。最后,通过制定一系列的模糊规则,实现对温度的精确控制。测试结果表明:在2 h的控温期间,温度区间中的10个温控点的温度变化范围为0.0017~0.0043℃,均未超过0.005℃,控温稳定度高,运行状况良好。

直线倒立摆变论域模糊PID控制系统研究

针对传统的直线倒立摆PID控制器参数整定方法主观性强,系统响应性能不佳等问题,提出了一种基于变论域模糊PID参数整定方法用于直线倒立摆系统的控制。首先采用机理建模法建立了直线倒立摆数学模型,其次利用MATLAB/Simulink搭建了直线倒立摆双闭环控制模型,设计了变论域模糊PID控制器与PID控制器对比分析,最终在某公司的直线倒立摆上实现了基于变论域模糊PID控制的直线倒立摆稳摆控制。通过仿真与实验结果分析,相较于PID控制器,采用变论域模糊PID控制器对直线倒立摆系统控制具有较好的稳定性与更强的抗干扰性。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

施肥播种机肥料流量分段式PID控制系统设计与试验

施肥稳定性是评价变量施肥系统性能的重要指标,针对常规外槽轮式排肥器排肥时脉动性明显导致排肥均匀性差的问题,提出了基于肥料流量反馈的分段式PID控制方法,并设计了施肥播种机高精度肥料流量控制系统,系统采用肥料流量检测模块获取实时肥料流量并作为反馈输入,结合目标肥料流量,根据分段式PID控制算法得到控制输出量,驱动施肥电机,实现肥料流量的准确控制。搭建了施肥试验台,进行了肥料流量变化阶跃响应与施肥精度的台架试验,结果表明,肥料流量控制系统的阶跃响应时间最大值为1.42 s,均值为0.98 s,超调量最大值为3.49%,均值为2.82%,稳态误差最大值为0.89%,均值为0.64%,施肥量控制精度最小值为97.83%,均值为98.14%。在不同试验条件下,肥料流量控制系统的肥料流量控制精度与施肥精度均优于恒定转速系统。田间试验表明,当车速为4、6、8 km/h时,肥料流量控制系统的施肥量控制精度分别为97.84%、97.78%和97.82%,施肥量控制精度平均值为97.81%,标准偏差为0.28%,能够满足高精度施肥需求。

实时嵌入式控制系统在自动化仪表中的应用

随着工业自动化水平的不断提高,对自动化仪表的智能化和实时性要求越来越高。实时嵌入式控制系统凭借其实时性、可靠性和灵活性等优势,在自动化仪表领域得到了广泛应用。分析了实时嵌入式控制系统的特点,阐述了其在自动化仪表中的应用,并以智能PID控制器为例,详细介绍了实时嵌入式控制系统在自动化仪表中的实现方法。研究表明,采用实时嵌入式控制系统可显著提升自动化仪表的性能和功能,为工业过程控制提供更加精确和可靠的解决方案。

振荡浮子式波浪能发电系统的双闭环稳压控制

为优化一种新型多点直驱式波浪能发电系统的输出稳定性,利用MATLAB对比分析该系统分别应用模糊PID和模糊神经元PID的控制效果,提出二者相结合的双闭环稳压控制器。在不同工况下进行相应的仿真试验,结果表明所述控制系统在抑制转速及电压波动上效果显著,且相较于单一控制器,响应时间更快,发电系统的电能质量和稳定性进一步提高。

基于Smith-模糊PID的茶叶揉捻压力控制系统设计

【目的】解决传统茶叶揉捻机自动化水平低、揉捻压力全凭手感、茶叶成条率不稳定、茶叶破碎率和叶组织细胞破损率高等问题,减轻工人劳动强度,提高茶叶品质的稳定性。【方法】课题组通过对茶叶揉捻机的揉捻压力进行分析,提出了基于STM32单片机,应用Smith-模糊PID控制算法和PWM压力闭环控制的方法,实现茶叶揉捻机在揉捻、加压过程中揉捻压力恒定并可调,使揉捻压力和时间达到茶叶制作的标准。【结果】采用MATLAB分别进行PID、Smith-PID和Smith-模糊PID算法的仿真实验,比较分析3种控制算法下的实验结果可知,Smith-模糊PID控制下的系统超调量和稳态误差最小,并且响应速度最快,调节时间最短,具有更好的抗干扰性能。【结论】通过样机的实际应用与压力数据的测试,茶叶揉捻机压力控制系统超调量最大值为7%、压力误差最大值不超过20 N,基本上满足茶叶生产要求,可大大提高生产效率。

基于闭环耦合度的大系统常规PID控制回路的投用规则

化工过程全流程为具有高维输入输出的多变量大系统,内部存在一定程度的耦合作用,因此其底层常规PID控制系统的设计、投用和整定也必然与整个系统的耦合程度有关。首先,提出了闭环相对增益和耦合度的概念,分析闭环相对增益在理想控制条件下与开环相对增益的等效性,发现闭环控制回路的反馈作用引起操纵变量和被控变量的关联,由此加剧整个系统的耦合程度,因此闭环控制回路并非投用得越多越好。然后,提出了基于闭环耦合度的化工过程大系统常规PID控制回路的投用规则,根据被控过程开环相对增益阵确定控制回路变量配对和投用顺序,依次投用各控制回路并计算控制回路的耦合度,当耦合度超过阈值时停止剩余控制回路的投用。最后,以典型多变量TE过程为例验证了该投用规则的有效性。

80 MN压剪试验机竖向加载模糊PID控制系统的设计

为了稳定、精确、可靠地实施超大力值竖向加载,以80 MN压剪试验机为对象,对其竖向加载装置的机械结构、液压系统以及控制系统进行总体设计;建立位置-压力双闭环PID控制算法的数学模型,并设计模糊PID控制器;最后,通过AMESim-Simulink对控制系统进行耦合仿真,获取位移与试验力的时域响应曲线,并在80 MN压剪试验机上进行竖向加载试验以验证控制系统的可靠性。结果表明:竖向加载模糊PID控制系统使竖向加载在220 s后达到稳态,位移误差与试验力误差均小于0.05%,此控制系统的稳定性、精确性和可靠性得到验证。

双模糊PID控制的盾构液压推进系统同步性能分析

结合盾构液压推进系统结构特点,在多领域仿真平台Dymola上构建盾构液压推进模型。考虑到掘进过程中负载的多变性,设计了双模糊PID控制器,与PID控制的盾构液压推进模型进行对比分析,在此基础上,利用并行同步控制和主从同步控制策略,研究了盾构液压推进系统的位移和压力跟踪特性。结果表明:启动阶段,双模糊PID控制的启动推进速度平缓稳定;负载或速度突变时,双模糊PID控制下的液压推进系统均可实现推进速度和压力稳定控制,且速度和压力波动远小于PID控制模型,具有较好的压力和速度复合控制能力。通过对比四分区盾构液压推进系统的位移和压力跟踪特性,最大负载突变时,并行同步控制的位移跟踪偏差为0.68 mm,主从同步控制时为0.39 mm,降低了42.6%。由此可得,基于双模糊PID控制的盾构液压推进系统,采用主从同步控制策略具有更好的位移跟踪性能,可提高推进系统的同步控制精度。

基于嵌入式单片机的智能蓝牙医疗设备控制系统设计

针对智能医疗设备控制系统存在的控制准确率低的问题,本文设计了一种新的基于嵌入式单片机的智能蓝牙医疗设备控制系统。首先,设计嵌入式单片机的医疗设备控制系统整体架构,依据系统整体架构设计了控制系统硬件结构;其次,根据硬件结构,设计了单片机电路、蓝牙模块电路、供电模块电路、键盘模块电路。完整硬件设计后,引入PID控制;最后,在软件中设计设备信息采集模块和设备控制模块,通过模糊控制优化PID控制,完成系统软件设计。实验结果显示,该控制系统应用到医疗设备后,其控制准确率达到了99.8%,具备了一定的有效性,实现了医疗设备控制。