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

        ?

        履帶式鉆錨機(jī)器人行駛速度控制系統(tǒng)建模與仿真

        2022-11-24 12:47:26李雪艷袁海文
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        李雪艷 焦 峰 袁海文

        (1.北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院,北京 100042;2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京),北京 100083;3.北京航空航天大學(xué),北京 100191)

        0 引言

        鉆錨機(jī)器人又稱錨桿鉆車,是在巷道錨桿支護(hù)工作中的一種鉆孔錨固設(shè)備,其在加固巷道、提高成巷效率、減輕礦工勞動強(qiáng)度等方面發(fā)揮著極為重要的作用。在鉆錨機(jī)器人行駛過程中,由于履帶本身存在著滑移或者滑轉(zhuǎn)原因,會導(dǎo)致調(diào)節(jié)器速度與實(shí)際行駛速度不一致。此外,鉆錨機(jī)器人行駛的路面情況改變,比如路面的巖石、凹凸不平的道路也會導(dǎo)致兩者速度不一致。因此,針對以上問題,通過研究速度控制方法使鉆錨機(jī)器人實(shí)際行駛速度始終按照調(diào)節(jié)器速度行駛,實(shí)現(xiàn)對行駛速度更加快速精確控制,在行駛過程中使鉆錨機(jī)器人到達(dá)指定鉆錨位置。該速度控制方法的研究能夠?yàn)殂@錨機(jī)器人自主或遙控行走控制系統(tǒng)的研究提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ),在其他履帶車輛中也具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和參考意義。

        1 速度控制系統(tǒng)介紹

        研究鉆錨機(jī)器人速度控制技術(shù),主要是通過對鉆錨機(jī)器人行駛速度的控制,使鉆錨機(jī)器人按照速度調(diào)節(jié)器給定的速度行駛,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對鉆錨機(jī)器人兩側(cè)履帶行駛速度控制。目前有不少研究人員對履帶式車輛速度控制技術(shù)進(jìn)行研究,達(dá)到使其速度響應(yīng)更加快速和精確的目的,其總技術(shù)路線圖如圖1所示。

        圖1 總技術(shù)路線圖

        鉆錨機(jī)器人要完成行駛速度控制任務(wù),首先要對鉆錨機(jī)器人實(shí)際行走速度測量,其次在鉆錨機(jī)器人行駛時(shí),通過速度調(diào)節(jié)器控制兩側(cè)履帶的行駛速度,此時(shí)需要求出鉆錨機(jī)器人實(shí)際行駛速度與速度調(diào)節(jié)器之間的差值。最后將此偏差數(shù)據(jù)傳輸給速度控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)經(jīng)過算法處理后得到最優(yōu)控制,輸出控制信號給驅(qū)動器,進(jìn)而調(diào)整兩側(cè)履帶驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速[1-2],使鉆錨機(jī)器人行駛速度始終根據(jù)調(diào)節(jié)速度行駛,實(shí)現(xiàn)行駛速度和轉(zhuǎn)向角度的控制,其速度控制流程圖如圖2所示。

        圖2 速度控制流程圖

        在速度控制算法應(yīng)用中,應(yīng)用最廣泛的是PID控制,其在控制穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性方面都具有很大優(yōu)勢。但是鉆錨機(jī)器人實(shí)際行駛時(shí)呈非線性系統(tǒng)特性,PID控制器在非線性系統(tǒng)中存在抗干擾性差、跟蹤速度慢等缺點(diǎn)[3],筆者設(shè)計(jì)采用超調(diào)量更小、調(diào)節(jié)更快、動態(tài)響應(yīng)特性更好的模糊PID控制器作為速度控制器。

        2 行駛速度控制方法

        2.1 PID控制

        在速度反饋控制技術(shù)中,PID控制原理是按被控對象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的信息與給定值比較產(chǎn)生誤差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的控制系統(tǒng),其PID控制結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

        圖3 PID控制結(jié)構(gòu)圖

        在PID控制中,輸出值與偏差之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式一般可寫為

        式(1)中,KP為比例系數(shù);KI為積分系數(shù);KD為微分系數(shù);u(t)為控制信號;e(t)為偏差。

        PID控制器輸入偏差經(jīng)式(1)計(jì)算后,得到被控對象的控制信號,只要選定合適的比例、積分、微分系數(shù),則控制信號能使被控系統(tǒng)向誤差減小的方向動作,從而達(dá)到理想的控制效果。但PID控制也存在著局限性,由于3個系數(shù)的取值局限在一定范圍內(nèi),當(dāng)系統(tǒng)是時(shí)變非線性系統(tǒng)時(shí),對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制性能就會減弱,甚至變得不穩(wěn)定。

        2.2 模糊PID控制

        模糊PID控制原理是利用模糊語言規(guī)則和模糊邏輯計(jì)算出P,I,D這3個控制參數(shù),使用這3個參數(shù)進(jìn)行PID控制,其特點(diǎn)是不需要構(gòu)建精確的數(shù)學(xué)模型就可達(dá)到精確控制的效果,模糊自適應(yīng)PID控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        圖4 模糊自適應(yīng)PID控制結(jié)構(gòu)

        由于鉆錨機(jī)器人履帶行駛驅(qū)動系統(tǒng)是一個復(fù)雜非線性時(shí)變系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化或受到外界復(fù)雜干擾時(shí),PID控制的控制效果不明顯,KP,KI,KD這3個系數(shù)需要進(jìn)行不斷修正才能取得較好的控制最優(yōu)取值。針對履帶速度控制系統(tǒng)采用二維模糊PID控制,其整體思想是實(shí)際數(shù)據(jù)經(jīng)過模糊化、去模糊化轉(zhuǎn)換,利用模糊規(guī)則構(gòu)建模糊推理機(jī)制完成控制調(diào)節(jié),其具體步驟如下[4]。

        (1)確定輸入和輸出變量。根據(jù)履帶行駛速度控制需求選取速度調(diào)節(jié)器與實(shí)際行駛速度之間的偏差e和偏差對時(shí)間的變化率ec作為輸入變量,PID控制調(diào)整量KP,KI和KD作為模糊處理的輸出變量。

        (2)變量的模糊化。對輸入和輸出的變量進(jìn)行模糊化,將其模糊論域分為7個子集,即 e,ec,KP,KI,KD={NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB},分別代表{負(fù)大,負(fù)中,負(fù)小,零,正小,正中,正大}。根據(jù)系統(tǒng)變化特點(diǎn),其中輸入的邊界NB與PB使用高斯隸屬度函數(shù),其余的每個模糊論域子集形狀均為三角形隸屬度函數(shù)。

        (3)建立模糊控制規(guī)則。模糊控制規(guī)則,即比例系數(shù)KP,是根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得到的,建立變量模糊規(guī)則庫,對KP,KI和KD3個系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在制定KP,KI和KD的規(guī)則時(shí)應(yīng)遵循以下規(guī)律:當(dāng)調(diào)節(jié)器速度與實(shí)際行駛速度偏差過大時(shí),需要加快響應(yīng)速度,應(yīng)選取較大KP和較小KD,并適當(dāng)選取KI以降低超調(diào)量;當(dāng)偏差中等時(shí),需要兼顧響應(yīng)速度和超調(diào)量,應(yīng)選取較小KP和適當(dāng)?shù)腒I,KD;當(dāng)偏差較小時(shí),需要選取較大KP,KI保持系統(tǒng)穩(wěn)定性,并適當(dāng)選取KD以增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。根據(jù)以上規(guī)律,結(jié)合實(shí)際數(shù)模糊規(guī)則表,實(shí)現(xiàn)模糊推理,其中模糊控制規(guī)則KP與輸入變量之間的曲面關(guān)系圖如圖5所示。

        圖5 KP模糊控制規(guī)則曲面圖

        (4)解模糊。解模糊是通過特定方法對模糊化后的結(jié)果求出具體的數(shù)值,常用的方法有重心法、最大隸屬度法和加權(quán)平均法。本次使用重心法求解出模糊后的具體數(shù)值,通過測量偏差和偏差變化率數(shù)值經(jīng)求解后得到PID控制參數(shù)KP,KI,KD。

        2.3 速度控制傳遞函數(shù)建立

        由于行駛路面不平整或履帶存在著滑移和滑轉(zhuǎn)問題,往往在實(shí)際行駛過程中實(shí)際行駛速度未到達(dá)調(diào)節(jié)器所要求的速度[5]。為使鉆錨機(jī)器人能夠到達(dá)指定速度,需要通過控制器調(diào)節(jié)左右履帶轉(zhuǎn)速,這一控制過程需要根據(jù)速度控制過程設(shè)計(jì)傳遞函數(shù)[6],鉆錨機(jī)器人速度反饋控制流程圖如圖6所示。

        圖6 速度反饋控制流程圖

        鉆錨機(jī)器人行駛控制系統(tǒng)主要是由閥控液壓馬達(dá)來進(jìn)行控制[7],其速度計(jì)算關(guān)系式為

        式(2)中,v為鉆錨機(jī)器人行駛速度;d為履帶驅(qū)動輪直徑;q為液壓馬達(dá)排量;Q為比例閥流量;i為減速器減速比。

        液壓馬達(dá)的比例閥流量Q是由輸入電壓U決定的,根據(jù)閥控液壓馬達(dá)的控制原理[8],其兩者映射關(guān)系式為

        式(3)中,k為比例閥流量Q與輸入電壓U的比例系數(shù);m為修正量。

        可采用數(shù)據(jù)擬合方法計(jì)算比例系數(shù)k和修正量m,進(jìn)而得到比例閥流量與輸入電壓兩者之間對應(yīng)關(guān)系,這一環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可表示為

        根據(jù)控制系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的關(guān)系,最終可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)

        式(5)中,t為延遲時(shí)間。

        3 仿真結(jié)果分析

        在鉆錨機(jī)器人速度跟蹤控制中,考慮到兩側(cè)履帶速度控制是時(shí)變非線性的系統(tǒng),使用模糊PID更易于處理該類系統(tǒng)控制問題。為檢驗(yàn)其有效性,對模糊PID控制器和PID控制器的速度控制進(jìn)行仿真對比。根據(jù)已有的速度傳遞函數(shù),本次采用MATLAB/Simulink平臺進(jìn)行仿真分析,分別使用PID和模糊PID搭建控制框圖,如圖7所示。

        圖7 MATLAB/Simulink仿真框圖搭建

        為驗(yàn)證PID和模糊PID這2種控制算法對速度控制的效果,以某一跟蹤速度為例,在時(shí)域中表現(xiàn)其響應(yīng)速度,橫向坐標(biāo)代表時(shí)間,縱向坐標(biāo)代表馬達(dá)轉(zhuǎn)速。在階躍信號輸入作用下,2種控制算法時(shí)間響應(yīng)曲線最后對比如圖8所示。

        圖8 2種速度控制算法時(shí)間響應(yīng)曲線圖

        經(jīng)過仿真后,由圖8可以看出,模糊PID速度控制方法在響應(yīng)速度和穩(wěn)定性方面更為顯著。PID控制器雖然能達(dá)到精確控制的效果,但是調(diào)整速度較慢,由此可得出模糊PID控制速度控制更適用于鉆錨機(jī)器人行駛速度控制系統(tǒng),可使鉆錨機(jī)器人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、可靠、準(zhǔn)時(shí)地按照調(diào)節(jié)速度進(jìn)行行駛。

        4 結(jié)論

        筆者針對履帶式鉆錨機(jī)器人在行駛過程中速度控制效果差的問題,對履帶鉆錨機(jī)器人行駛速度控制原理與過程進(jìn)行了分析;介紹了PID控制技術(shù)和模糊PID控制技術(shù),并利用MATLAB/Simulink仿真平臺對速度控制效果進(jìn)行對比仿真。仿真結(jié)果表明:在同一跟蹤速度下,模糊PID控制方法控制精度比PID控制響應(yīng)速度更快,系統(tǒng)穩(wěn)定性能更好,具有一定的抗干擾能力。筆者對鉆錨機(jī)器人行駛速度控制技術(shù)進(jìn)行的研究,可為研究人員設(shè)計(jì)鉆錨機(jī)器人行駛速度控制系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

        猜你喜歡
        系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        WJ-700無人機(jī)系統(tǒng)
        ZC系列無人機(jī)遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        基于PowerPC+FPGA顯示系統(tǒng)
        基于UG的發(fā)射箱自動化虛擬裝配系統(tǒng)開發(fā)
        半沸制皂系統(tǒng)(下)
        FAO系統(tǒng)特有功能分析及互聯(lián)互通探討
        連通與提升系統(tǒng)的最后一塊拼圖 Audiolab 傲立 M-DAC mini
        一德系統(tǒng) 德行天下
        PLC在多段調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用
        成在线人视频免费视频| 亚洲精品久久| 嗯啊哦快使劲呻吟高潮视频| 国产精品99精品一区二区三区∴ | ā片在线观看免费观看| 五月中文字幕| 在线精品亚洲一区二区三区| 亚洲美女av一区二区在线| 看黄a大片日本真人视频直播 | 人妻激情另类乱人伦人妻| 久久久伊人影院| 女同视频网站一区二区| 激情综合五月婷婷久久| 图片区小说区激情区偷拍区| 国产精品久久久久久久久免费观看 | 亚洲另类无码专区首页| 国产亚洲日韩在线三区| 亚洲国产日韩欧美高清片a| 人妻少妇被粗大爽视频| 亚洲av无码专区在线观看成人| 最新亚洲人成无码网站| 久草视频华人在线观看| 亚洲中文字幕久久在线| 中文字幕丰满乱子无码视频| 日韩在线看片| 偷拍与自偷拍亚洲精品| 无码精品一区二区三区在线| 成av人片一区二区三区久久| 欧美1区二区三区公司| 一区二区三区四区亚洲免费| 国产成人无码精品久久二区三区| 五月天丁香久久| 青青草视频在线免费观看91| 性高朝久久久久久久3小时| 人妻丰满熟妇av无码区免| 亚洲AV日韩Av无码久久| 亚洲天堂亚洲天堂亚洲色图| 人妻少妇精品中文字幕av| 亚洲AⅤ无码日韩AV中文AV伦| 91人妻人人做人人爽九色| 亚洲成av人在线观看网址|