亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于積分分離模糊PID的ROV航向控制設計及實現(xiàn)

        2016-12-22 21:43:20龔敏董團陽
        軟件導刊 2016年11期
        關鍵詞:系統(tǒng)設計

        龔敏++董團陽

        摘 要:ROV(水下機器人)運動常表現(xiàn)出不確定性,很難建立精確的數(shù)學模型。為實現(xiàn)精確航向控制 ,減小偏航角較大時產(chǎn)生的超調(diào),設計了一種積分分離模糊PID控制器。利用MATLAB-SIMULINK仿真建模,對ROV航向控制進行仿真實驗,通過一種小型水下機器人的水池實驗,整定優(yōu)化PID參數(shù),并與經(jīng)典PID控制性能比較,實驗結果證明該控制器具有較好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。

        關鍵詞關鍵詞:ROV;航向控制;積分分離模糊PID控制器;SIMULINK

        DOIDOI:10.11907/rjdk.161893

        中圖分類號:TP319

        文獻標識碼:A 文章編號文章編號:16727800(2016)011007603

        0 引言

        水下機器人(Remotely Operated Vehicle,簡稱ROV)是一種能在水下復雜環(huán)境中長時間作業(yè)的高科技設備,能在深水環(huán)境中承擔有風險的作業(yè) [1]。ROV對深海環(huán)境探測、水下目標探測與定位起著重要作用[2]。

        ROV航向姿態(tài)控制通常采用PID線性控制方法。傳統(tǒng)PID控制器是工業(yè)過程控制中最常使用的一種調(diào)節(jié)器,其控制方式簡易,參數(shù)整定相對簡單,但它很難克服復雜的非線性系統(tǒng)中的耦合性和不確定性,一般僅適用于有精確數(shù)學模型的對象。ROV在運動中由于不確定擾動會出現(xiàn)偏航較大的情況,由于積分作用使得積分累積產(chǎn)生較大超調(diào),影響ROV的水下精確定位。如何在復雜的水下環(huán)境中有效控制ROV的運動姿態(tài)是個難題。本文采用積分分離PID算法,盡可能消除積分累積產(chǎn)生的靜態(tài)誤差??紤]到水下的復雜環(huán)境,ROV建模困難,所以將模糊控制與積分分離PID結合起來。模糊控制對系統(tǒng)數(shù)學模型的精確性無要求,適用于強非線性、大遲滯性以及多自由度的水下機器人控制系統(tǒng)[3]。本文將模糊控制和積分分離PID融合,設計一種基于傳統(tǒng)PID的積分分離模糊PID控制器,以精確控制ROV航向。利用MATLAB-SIMULINK工具箱對ROV航向系統(tǒng)模型建模仿真,經(jīng)過參數(shù)整定進行了測試驗證。圖1為設計的機器人俯視外形。

        1 ROV數(shù)學模型建立

        如圖2,E為固定坐標系(OXYZ)水面中一點,OX軸水平,指向主航向,OZ垂直,指向下方, OY軸用右手法則確定。O是載體坐標系(OXaYaZa)原點,為水下機器人的重心。ROV動力模型可在固定坐標系和載體坐標系中表示,運動的動力學方程為:

        2 ROV航向控制算法設計

        傳統(tǒng)PID控制是工業(yè)過程控制中一種極為有效的控制方法,適用于線性控制[4],對于ROV水下復雜環(huán)境以及外界不確定干擾造成的非線性和遲滯性問題顯然有局限性。而模糊控制的研究對象并不需要精確的數(shù)學模型,且具有很強的非線性、時變性和良好的魯棒性[5]。將二者結合能使系統(tǒng)利用傳統(tǒng)PID和模糊控制的雙重優(yōu)點,響應更快速,減小超調(diào)。ROV在啟動、停止以及外界擾動較大時航向角的擺動較大,產(chǎn)生的航向角瞬時誤差也較大,這個較大的誤差在積分作用下會引起積分累積,使得控制量超出范圍,造成較大的角度控制穩(wěn)態(tài)誤差。本文采用積分分離模糊PID以避免這類情況產(chǎn)生。ROV航向控制結構框圖如圖3所示。

        為避免當航向角偏差較大時系統(tǒng)出現(xiàn)由于積分累積產(chǎn)生的難以消除的穩(wěn)態(tài)誤差,本文采用積分分離模糊PID控制器對航向進行控制。積分分離PID離散公式為:

        3 積分分離模糊PID控制器設計

        3.1 模糊控制器設計

        選取ROV航向角的誤差及其誤差變化率作為模糊控制器的兩個輸入量,ΔKP、ΔKI、ΔKD為3個輸出量,在積分分離PID基礎上對PID三個參數(shù)進行整定得到一個輸出,相應3ROV會得到航向角的實際測量值。

        3.2 設定模糊集論域

        根據(jù)模糊控制理論相關知識,對輸入輸出進行模糊集論域選取如下:

        3.3 獲取模糊規(guī)則表

        三角形隸屬函數(shù)僅與其直斜坡相關,操作簡單,且內(nèi)存占用很小,對稱三角形更適用于模糊控制來進行參數(shù)的在線調(diào)整[9]。選用三角形方法作為語言變量的隸屬函數(shù),如圖5所示。

        根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)響應性能,可總結出誤差、誤差變化率和ΔKP、ΔKI、ΔKD的關系[10]如下:①|(zhì)e|較大時KP較大,從而加快系統(tǒng)的響應速度,使系統(tǒng)更快趨于穩(wěn)定。為避免出現(xiàn)較大的超調(diào)應使KI=0,為使系統(tǒng)不超控制范圍,應使KD較??;②|e|和|ec|中等大小時,應使KP較小,從而使系統(tǒng)響應速度快。KI和KD中等大小,可使系統(tǒng)響應速度快、超調(diào)較小;③|e|較小時,應使KP和KI較大,使KD中等大,以使系統(tǒng)不出現(xiàn)平衡點震蕩現(xiàn)象。

        4 積分分離式模糊PID控制器實現(xiàn)

        假設無其它安裝誤差情況,ROV航向角偏差范圍為[-1.5,1.5]rad,航向角偏差變化率范圍為[-0.2,0.2]rad/s,針對水下機器人航向(yaw)模型,在MATLAB-SIMULINK仿真[12]可得到結果對比,如圖6所示。

        圖6是ROV航向控制得到的IMU(姿態(tài)傳感器)數(shù)據(jù),實線為傳統(tǒng)PID的控制效果,虛線為本文所采用的積分分離式模糊PID控制所得,二者對比可看出本文提出的算法在ROV航向控制中是可行的,動態(tài)響應速度快,波形無明顯振蕩現(xiàn)象,具有很強的抗干擾能力,穩(wěn)態(tài)誤差小,達到了機器人運動與操控的一致性。

        5 結語

        本文對水下機器人的航向控制問題進行了研究分析,通過通信模塊,將水下機器人自身的狀態(tài)信息反饋到PC端,并利用SIMULINK工具箱對ROV航向系統(tǒng)進行建模仿真,將本文提出的積分分離式模糊PID仿真結果與傳統(tǒng)PID控制結果對比,發(fā)現(xiàn)前者性能明顯優(yōu)于后者。然而,由于在PC端算法運算有較大的時滯性,因此,在ROV航向控制中,本文將算法寫入微處理器中。本文采用積分分離模糊PID控制算法對ROV進行控制,且通過多組實驗及仿真得出了較好的控制效果。將本文控制算法運用在ROV航向控制器中,通過水下測試實驗驗證了控制算法的有效性和實用性。

        參考文獻:

        [1] 邢志偉,封錫盛.水下機器人神經(jīng)網(wǎng)絡自適應逆控制 [J]. 控制工程,2003(3):235238.

        [2] ZHU D, LIU Q, HU Z. Faulttolerant control algorithm of the manned submarine with multithruster based on quantum behaved particle swarm optimization [J]. International Journal of Control, 2011,84(11): 18171829.

        [3] 胡傳亮.水下機器人動力學建模及定深控制研究[D]. 武漢:華中科技大學,2007(2):3738.

        [4] 王偉,張晶濤,柴天佑,等. PID參數(shù)先進整定方法綜述[J]. 自動化學報, 2000,26(3):347355.

        [5] 李士勇.模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制論[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1999.

        [6] 李穎.Simulink動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真[M].第2版.西安:西安電子科技大學出版社,2009.

        [7] SOYLU S, BUCKHAM B J, PODHORODESKI R P. A chatteringfree slidingmode controller for underwater vehicles with faulttolerant infinitynorm thrust allocation[J].Ocean Engineering, 2008(35):16471659.

        [8] 王永富,柴天佑. 自適應模糊控制理論的研究綜述[J]. 控制工程,2006(3):193198.

        [9] HEALEY A, LITNARD D. Multivariable sliding mode control for autonomous diving and steering of unmanned underwater vehicles[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,1993,18(3):327339.

        [10] CAI ZIXING, ZHOU XIANG, LI MEIYI. A novel intelligent control method evolutionary control[J]. Proceedings of the 3d World Congress on Intelligent Control and Automation, 2000(1):387390.

        [11] 吳振順,姚建均,岳東海,等. 模糊自整定PID控制器的設計及其應用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報, 2004,36(11):15781580.

        [12] 劉朝英,宋哲英,宋雪玲,等. MATLAB在模糊控制系統(tǒng)仿真中的應用[J]. 計算機仿真, 2001,18(3):1113.

        (責任編輯:杜能鋼)

        猜你喜歡
        系統(tǒng)設計
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無人機系統(tǒng)
        ZC系列無人機遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        何為設計的守護之道?
        《豐收的喜悅展示設計》
        流行色(2020年1期)2020-04-28 11:16:38
        基于PowerPC+FPGA顯示系統(tǒng)
        半沸制皂系統(tǒng)(下)
        瞞天過?!律O計萌到家
        藝術啟蒙(2018年7期)2018-08-23 09:14:18
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        設計秀
        海峽姐妹(2017年7期)2017-07-31 19:08:17
        www.尤物视频.com| 人人妻人人爽人人澡人人| 18禁美女裸身无遮挡免费网站| 国产精品自在线拍国产| 国产精品日韩高清在线蜜芽| 亚洲最大av免费观看| 男女啪啪在线视频网站| 护士的小嫩嫩好紧好爽| 国产超碰人人模人人爽人人喊| yeyecao亚洲性夜夜综合久久| 久久青青草原亚洲AV无码麻豆| 校花高潮一区日韩| 今井夏帆在线中文字幕| 无码国产精品一区二区av| 99精产国品一二三产品香蕉| 粗大挺进尤物人妻一区二区 | 日本视频在线观看二区| 中国人妻与老外黑人| 亚洲av无码电影网| 久久久久久AV无码成人| 久久精品一区二区熟女| 娜娜麻豆国产电影| 热の国产AV| 99久久免费中文字幕精品| 精品一区中文字幕在线观看| 西西大胆午夜人体视频| 国产V日韩V亚洲欧美久久| 国产av三级精品车模| 国产a∨天天免费观看美女| 亚洲av无码男人的天堂在线| 亚洲最稳定资源在线观看| 日韩午夜免费视频精品一区| 成人精品视频一区二区三区尤物| 国产乱理伦片在线观看| 成美女黄网站18禁免费| 日韩av毛片在线观看| 成人网站免费看黄a站视频| 亚洲AV无码国产永久播放蜜芽| 一区二区久久精品66国产精品| 久草中文在线这里只有精品| 国产a国产片国产|