對基于模糊PID的足球機器人電機控制系統設計研究

董娜娜

摘 要：針對機器人運動的時變、非線性、干擾大、不確定等特性，本文在傳統PID控制基礎上提出了一種與模糊控制器相結合的混合型模糊PID控制方法。該方法彌補了傳統PID控制所需精確數學模型、參數整定困難等不足，保證了系統的快速性、穩定性和靈活性。

關鍵詞：模糊PID；角度控制；仿真

1.控制系統結構

本系統中由于機器人的運動涉及到角度及距離兩個方面，所以本文中的模糊PID控制器具體設計為兩組控制器構成：一組用于控制機器人的角度轉動，一組用于機器人的位置移動。具體結構圖如圖1所示。

其中Ra、Ya為角度的輸入輸出，Ea、Eac為角度誤差及其變化率，Uaf、Uap為角度模糊控制器和PID控制器輸出，Ua為角度控制器總輸出。同理，位置的控制輸出也是如此。下面進一步以電機角度的模糊PID控制為例來說明系統的可行性。

2.模糊控制器的設計

設在采樣時刻t，誤差和誤差的變化分別為：

本模糊系統設計為二維控制器：et、Δet為兩個輸入變量，ut為輸出變量。模糊控制器的基本結構如下圖2所示。

從上述控制器的系統設計中知道PID控制器的輸出為Uap，模糊控制器的輸出為Uaf，故總輸出為Ua=Uap+Uaf=KP×et+Ki×∫etdt+Uaf 。

根據模糊控制規律本文設計系統中沒有微分環節，而參數Kp、Ki是通過實驗方法確定的。從角度和距離的實際情況中我們可以看出，不同范圍的誤差變化，系統要取得好的控制效果，Kp、Ki參數是不同的。例如，在角度控制中，Kp適合于誤差為10o到20o的中等角度，但它對5o以下的小角度調節時，Kp×et就會過小，從而使得調節時間較長、穩態誤差增大；……