采摘机器人机械手避障方法研究——基于遗传优化和模糊PID控制器

为了提高采摘机器人机械手移动的自动化程度,使其在移动过程中有效避开障碍物,将基于PID控制器的避障系统引入到了机械手的设计上,并采用遗传算法和模糊算法对控制器进行了优化,提高了机械手移动的准确性和平稳性。模拟采摘机器人机械手的作业环境,对机械手的避障功能进行了测试,结果表明:机械手可以成功躲避障碍物,且采用遗传和模糊算法优化的机械手具有更高的移动平稳性,对于提高果实采摘效率和质量具有重要的作用。

基于改进引力搜索算法的水轮机调节系统仿真

针对现阶段水电机组存在多种复杂工况、工程计算受限于算法本身的复杂性等问题,提出一种改进的引力搜索算法(改进PSOGSA),以此提高水轮机控制参数的优化性能,弥补传统控制策略难以满足动态需求的不足.首先,结合PSO算法,在GSA的速度更新公式中引入学习因子进行改进.其次,应用一种权重系数优化其位置更新公式,提高算法的自适应性.最后,结合相关仿真建模试验,使用所提改进PSOGSA对水轮机调节系统PID参数进行优化调节.仿真结果表明,在5%空载频率扰动下,改进PSOGSA的PID控制器明显优于上述传统算法,所调节的模型系统能在更短时间内趋于稳定,此时的超调量远低于传统算法,表明此改进PSOGSA在后续迭代中具备更高的迭代效率,并且改善了常规算法中易陷入局部最优的问题,从而证明了改进PSOGSA的合理有效性,水轮机调节系统的控制效果在一定程度上得到优化.

基于单片机和PID算法的温度智能控制系统设计

为提高温度控制的智能化水平,设计一种智能温度控制系统。该系统以STC89C52单片机为控制器,采用PID算法控制温度,具有语音播报和手机远程控制等功能。采用DS18B20温度传感器采集环境温度;设计LCD12864显示电路实时显示当前温度、温度上下限以及温度状态;设计WT588D语音提醒电路,当测量温度小于下限或大于上限时发出语音提醒;设计按键电路实现温度上下限值的设定;设计蓝牙通信电路,与手机APP通信,实现远程控制;采用PID算法输出控制量,控制固态继电器驱动加热或降温装置,实现温度控制。其次,对温度控制系统的硬件和软件进行设计,并制作实物进行运行测试。实验结果表明,所设计的温度控制系统能够很好地实现温度控制,从而达到预期效果,且操作方便、成本低,具有较强的应用价值。

基于模糊-遗传算法的粗纱机出料传动系统PID参数优化方法

目前常规的粗纱机出料传动系统PID参数优化方法主要通过结合被控对象的稳态增益情况构建出优化函数,实现PID参数优化整合,忽略了实际运行工况下的干扰成分,导致参数优化效果不佳。对此,提出基于模糊-遗传算法的粗纱机出料传动系统PID参数优化方法。首先结合PID的系统阶跃响应曲线,以被控量的偏差变化率作为主要参数选取性能指标;然后通过引入负荷扰动模块以及频率干扰模块,对PID调节模块进行建模分析;最后结合模糊-遗传算法对最优适应度值进行求解,从而实现PID参数的有效优化,并对提出的方法进行优化效果检验。最终测试结果表明,采用提出的方法对PID参数进行优化整合时,控制输出曲线与理论输出曲线的拟合程度更高,具备较为理想的优化效果。

基于遗传算法的汽车主动悬架变论域模糊PID控制

针对1/4车主动悬架系统,提出一种基于遗传算法(genetic algorithm,GA)的变论域模糊比例-积分-微分(proportional-integral-differential,PID)控制方法.在建立主动悬架系统模型的基础上,引入变论域思想设计模糊PID控制器.为进一步改善控制器减振效果,采用GA来优化变论域中伸缩因子描述函数的参数.结果表明:相比PID、模糊PID与未优化的变论域模糊PID等控制方法,基于GA的变论域模糊PID控制方法在降低车身垂向加速度、改善乘坐舒适性方面具有优越性;所提控制方法对簧载质量和车辆行驶速度不确定性具备较强的鲁棒性.

应用模糊PID自修正的电镀槽液温度控制方法

电镀槽液温度自动控制过程属于典型的混沌过程,在温度采集的过程中存在明显的非线性波动。典型的比例-积分-微分(PID)控制算法在这种混沌特性与非线性特性干扰下,存在控制精度较低、稳定性和鲁棒性较差等问题。此外,为解决非线性问题,PID算法需要循环迭代计算,存在控制时滞问题。以模糊控制为基础,提出了基于模糊PID的电镀槽液温度自动控制方法。该方法先设计温度数据采集结构,并将移动平均滤波、温度修正算法引入到采用的数据采集结构中,完成电镀槽液的实时温度数据采集。然后将采集到的温度数据作为构建的模糊PID控制器的输入。利用模糊控制规则引入修正因子,实现电镀槽液温度的自动控制。考虑到电镀槽液的时滞特性,在控制器中加入粗糙预估参考模型,对该特性加以抑制,提升控制性能。最后应用实验证明了所提方法的先进性。实验结果表明:所提方法具有较高的控制精度和效率,能够有效降低超调量和波动,应用效果较好。

智慧农业下的水肥一体机精准化作业研究

针对我国农业水资源和化肥资源的利用率较低的问题,在智慧农业下对水肥一体机的精准化作业进行了研究。水肥一体机的主要组成包括控制系统、监测系统、灌溉施肥系统、网络传输系统和数据中心。将粒子群算法与PID控制算法结合,对粒子群-模糊PID控制器进行设计,并对水肥溶液的EC值和pH值进行控制,提高了水肥一体机的控制精度,减少了控制时间。为了验证水肥一体机的性能,进行了数据采集准确性分析试验和精准化作业控制试验,结果表明:数据采集较为准确,且可以精准地配比水肥溶液,满足作物的灌溉要求。

基于OpenCV视觉引导的多自由度机械臂的研究与应用

主要通过硬件系统和软件系统的设计对多自由度机械手臂进行了深入研究。采用STM32系列单片机作为机械手臂的主控单元,对载有弯曲传感器的虚拟现实设备进行运动姿态数据采集、无线发送与接收,实现对机械手臂末端控制器的远程实时控制。同时,利用OpenCV视觉引导技术对采集的目标物体图像进行识别与处理,系统能够准确定位和识别图像的空间坐标,通过PID控制算法使机械手臂能按照指定位置和预定速度正确识别和抓取目标物体。

爆胎车辆动力学分析及模糊PID控制优化策略研究

车辆通过控制系统提高行驶的稳定性,但在爆胎时容易导致车辆行驶失去稳定性,从而造成车辆发生侧翻现象。为改善车辆动力学控制系统输出效果,建立了车辆轮胎动力学模型。引用模糊比例-积分-微分(PID)控制器,给出了模糊PID控制器输出参数与误差和误差变化率的关系图。提出人群搜索算法,利用人群搜索算法迭代搜索原理对模糊PID控制器参数进行寻优。以车辆2种行驶路况为例,利用Matlab软件对爆胎车辆的稳定性进行仿真,比较和分析爆胎车辆优化控制系统的输出效果。结果显示:采用模糊PID控制系统,爆胎车辆产生的偏航角、俯仰角加速度和侧倾角加速度较大。采用人群搜索算法优化模糊PID控制系统,爆胎车辆产生的偏航角、俯仰角加速度和侧倾角加速度较小。爆胎车辆采用人群搜索算法优化后的模糊PID控制器,不仅响应速度快,而且行驶的稳定性较好。

基于位置式PID的水暖床垫温度控制系统设计

温度控制在生产生活中发挥着举足轻重的作用。位式控制算法在调节具有滞后性的水暖床垫温度控制系统时容易导致温度在目标值上下波动,控制效果不理想。为了解决此问题,设计了一种基于位置式PID的水暖床垫温度控制系统,系统以51内核的微处理器为核心控制器、以负温度系数热敏电阻(Negative Temperature Coefficient,NTC)为温度传感器、以PTC为加热器、以直流电机作为循环水泵。经实际测试结果表明,该系统运行稳定,控温精度在±0.5℃以内,达到了理想的温度控制效果。

基于粒子群优化模糊PID控制的水厂加氯系统

水厂加氯过程具有非线性、大时滞等特点,采用传统的PID控制方式难以实现消毒剂精准投加。因此,以某采用次氯酸钠消毒系统的水厂为例,首先通过分析该水厂加氯系统工作原理,结合工程经验和运行数据确定了加氯过程的近似数学模型。然后综合使用粒子群优化算法、模糊控制算法和PID控制算法,设计了一种粒子群优化模糊PID控制器,并利用MATLAB软件搭建了粒子群优化模糊PID控制系统和传统PID控制系统的模型进行仿真验证,结果表明:相较于传统PID控制系统,粒子群优化模糊PID控制系统的超调量减少了89.36%,调节时间减少了46.63%,其抗干扰能力也更强,系统整体控制效果有了较大提升。最后使用基于粒子群优化的模糊PID控制法对水厂加氯控制系统进行改造,试运行后发现,新系统控制效果良好,出厂水游离氯值能够稳定在设定值附近。

基于PPO的自适应PID控制算法研究

采用MATLAB物理引擎联合Python搭建了一个六轴机械臂,并模拟带有扰动的复杂控制环境,为机械臂训练提供现实中无法提供的试错环境。使用强化学习中近端优化算法(proximal policy optimization,PPO)算法对传统PID控制算法进行改进,引入多智能体思想,根据PID三个参数对控制系统的不同影响及六轴机械臂的特性,将三个参数分别作为不同的智能个体进行训练,实现多智能体自适应调整参数的新型多智能体自适应PID算法。仿真结果表明:该算法的训练收敛性优于MA-DDPG与MA-SAC算法,与传统PID算法的控制效果相比,在遇到扰动及振荡的情况下,能够更有效地抑制振荡,并具有更低的超调量和调整时间,控制过程更为平缓,有效提高了机械臂的控制精度,证明了该算法的鲁棒性及有效性。

基于强化学习的柴油机调速算法研究

为了更好地调节柴油机转速,提出一种强化学习–比例积分微分(proportional integral derivative, PID)控制器,并应用到了柴油机转速控制中。基于连续动作空间的柔性动作–评价(soft actor-critic, SAC)算法,结合连续型PID控制器,设计了一种强化学习–PID控制器,可代替传统PID控制的转速环。优化设计了基于演员–评论家(actor-critic)框架的输入输出和奖励函数以匹配柴油机特性,采用随机动作增加寻优效率,形成SAC-PID控制柴油机转速的网络交互结构,达到快速调整转速,减小稳定时间的效果。构建了以柴油机D6114为原型机的MATLAB/Simulink平均值模型,并利用试验数据验证了仿真模型的有效性。利用平均值模型,仿真验证了该控制算法效果。经过仿真验证本算法使柴油机转速响应曲线超调量更小,响应时间更快,鲁棒性更强,SAC-PID控制负载瞬态调速率和稳定时间均已达到1级精度指标。仿真对比验证了SAC算法的联合控制效果,结果表明其较其他算法更佳。

基于鲸鱼优化算法的风力发电机组变桨模糊控制策略

由于风的变化性、随机性等因素,风电机组的输出功率处于不稳定的状态。当风速超过额定风速时,通过精确地调节桨距角,保证风电机组输出功率的稳定性。针对该问题,基于Matlab/Simulink仿真软件,搭建出风电机组变桨控制模型,设计了基于鲸鱼算法优化的模糊PID控制器。然而,模糊控制参数繁多,仅靠专家经验进行整定比较困难。因此,通过鲸鱼算法对模糊参数进行在线最优整定,很好地解决了风电机组的大滞后和非线性问题。通过对比分析PID控制器和模糊PID控制器的性能,仿真结果表明后者可以使功率快速趋于额定值,提高了系统的动态响应,并且可以精确调整桨距角。此外,模糊PID控制器最大限度减轻了变桨机构的疲劳,增加了风机的寿命。

基于物联网远程监控的太阳能定向跟踪系统设计

设计了一种基于物联网远程监控的太阳能定向跟踪系统,分别对太阳能定向跟踪系统本体和远程监控系统进行了设计与开发,采用离线和实时控制两种方式,通过监控数据计算当前的太阳高度角和方位角,调整光伏板的倾角,从而提高太阳能光伏板的发电率。对该装置设备层的太阳能定向跟踪系统本体采用框架式结构设计,并通过模糊PID算法对跟踪装置电机进行调控;对应用层的远程监控系统采用B/S架构设计,使用MQTT协议与云平台进行数据交互,用户可直接通过浏览器访问监控系统,实现太阳能定向跟踪系统的远程状态检测、实时控制、数据管理等功能。经测试,用户能通过该监控系统控制和监控太阳能定向跟踪系统的运行,满足太阳能定向跟踪系统远程监控的要求,系统具有较高的实用性。

基于烟花算法的反应釜温度预测控制

针对连续釜式反应过程由于大滞后造成的温度控制精度不高的问题,利用科学数据网格(scientific data grid, SDG)构建连续釜式反应过程温度控制系统结构图,在传统控制策略的基础上提出串级动态矩阵控制-比例积分微分(dynamicmatrixcontrol-proportion integrationdifferentiation,DMC-PID)温度预测控制策略。利用烟花算法完善DMC滚动优化环节,进而提高参数寻优的速度。搭建半实物仿真实验平台,通过OPC工具箱将DMC模块与可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)设备相连接进行实验验证。实验结果表明,基于烟花算法的DMC-PID串级系统,可以克服温度大滞后造成的影响,且DMC-PID串级控制对温度系统的控制精度和响应速度均有较大的提升。

基于自适应模糊PID算法的锂电池组双层均衡控制

为提高电池重组时的均衡效率,在传统Buck-Boost均衡拓扑电路的基础上,设计了一种锂电池组双层均衡拓扑电路。组内采用Buck-Boost电路均衡,组间利用双向反激变压器进行均衡。均衡控制策略采用自适应模糊PID算法,以电池荷电状态(state of charge, SOC)为均衡变量,利用模糊控制算法对PID参数进行调节,缩短了均衡时间,提高了均衡效率。在Matlab/Simulink中搭建了锂电池组双层均衡拓扑电路和自适应模糊PID控制算法模型。实验结果表明:在不同工作状态下,所提出的电池组均衡拓扑及其控制策略将均衡时间效率平均提高了58.36%,验证了该方案的有效性。

丘陵山地柑橘果园机器人自主导航与精确控制系统设计与试验

为实现丘陵山地柑橘果园机器人的自主导航,设计了一种基于激光雷达和惯性传感器的果园自主导航系统.使用激光SLAM融合多传感器所获数据,并利用误差状态卡尔曼滤波器进行位姿优化,从而构建果园的三维全局点云地图.对全局地图进行分析和处理,确定机器人的安全行驶区域,并应用基于机器人运动学多约束条件的三次非均匀B样条曲线轨迹优化算法实现路径规划,使用NDT-ICP算法实现机器人在全局地图中的定位.为适应丘陵山地果园地形复杂性,提出了一种基于预瞄跟踪的自校正增量PID控制策略,利用递归最小二乘法实时调整PID参数,并在机器人履带式行走机构上进行了系统整合测试.试验结果表明,误差状态卡尔曼滤波器优化后的地图精度与优化前相比有明显提升.机器人以1.2 m/s速度行驶时,导航控制系统的直线行驶平均位置偏差和航向角偏差分别为0.18 m和4.2°,转弯行驶平均位置偏差和航向角偏差分别为0.38 m和16.7°,可满足丘陵山地柑橘果园智能农机自主导航作业需求.

基于改进麻雀搜索算法模糊PID控制器设计

为了提高无刷直流电机输出转速与转矩的平稳性,提出了一种通过时变惯性权重改进的麻雀搜索算法模糊PID控制器控制无刷直流电机。通过在Matlab/Simulink中对无刷直流电机进行控制仿真,仿真结果表明,时变惯性权重改进麻雀搜索算法模糊PID控制器控制无刷直流电机,其转速与转矩的平稳性符合要求,并且能够实时响应负载的变化。

基于改进粒子群优化算法的分数阶PID控制器

针对控制系统控制性能不稳定的问题,实践中可在控制系统里设定一种分数阶PID控制器。相比于整数阶PID控制器,分数阶PID控制器增加了λ和μ两个控制参数,这样可以让控制器在控制过程中拥有更好的性能,但同时也使得参数整定使用更加困难。为了更容易地求出控制器的参数,需要使用改良过的粒子群(PSO)优化方法来进行整定,将时间误差绝对值(ITAE)准则应用到控制器的控制过程当中,可以快捷地得出分数阶PID控制器的优化参数。通过对常规PID控制器与分数阶PID控制器的仿真结果进行对比,经过优化后的粒子群算法得到的参数在运用到控制系统中时会得到的更好的效果,说明了优化后的分数阶PID控制器的控制效果要优于整数阶PID控制器的控制效果。