[发明专利]一种基于正交模糊PID的串联机械手驱动系统运动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于正交模糊PID的串联机械手驱动系统运动控制方法，包括：建立电动舵机的数学模型，得到所述电动舵机驱动系统的闭环传递函数，基于所述闭环传递函数，对所述电动舵机的输出角度进行控制，包括：根据所述驱动系统中的超调量和调整时间，通过正交试验确定参数k_p、k_i、k_d；分别将角度偏差e(t)、角度偏差变化率de(t)/dt以及调整PID控制器参数的Δk_p、Δk_i、Δk_d转换为模糊论域中的量化等级；将所述角度偏差e(t)、角度偏差变化率de(t)/dt输入模糊控制器，模糊控制器输出是调整PID控制器参数的Δk_p、Δk_i、Δk_d；通过模糊PID控制器形成三个参数k_p′、k_i′、k_d′，得到稳定输出角度，进而对所述驱动系统进行控制；其中，k_p′＝k_p+Δk_p，k_i′＝k_i+Δk_i，k_d′＝k_d+Δk_d。

技术领域

本发明涉及工业化机器人自动控制领域，具体涉及一种基于正交模糊PID的串联机械手驱动系统运动控制方法。

背景技术

由于现代服务业发展迅速，服务机器人需要满足响应速度快、精度高、运动稳定性好等特点，要满足这些条件就必须对其进行优化控制。由于PID控制是最早发展起来的控制策略之一，因其算法简单、鲁棒性好等特点，所以在工业控制中被广泛应用。但其也具有参数难以确定、无法满足复杂的高精度的控制场合、在时变系统中适应性下降等诸多缺陷。

在工业伺服驱动系统中，PID参数的设定通常达不到全局的最优解，但是利用正交试验的方法能够在有限的试验次数中，得到控制效果较佳的PID参数值。王幼民等在2007年利用正交试验法对电液伺服系统PID参数进行整定，提高了电液伺服系统的控制精度，减少了响应时间且减少了试验次数。彭安华等在2011年利用正交试验法对机床闭环伺服系统进行PID参数优化，减少了超调量和上升时间。

在另一方面，传统的PID控制会因为外部环境的微小变化就会脱离最佳稳态,无法满足复杂的高精度控制以及工业伺服驱动系统的稳定性控制。把传统的PID控制方法引入模糊控制器，使用模糊PID控制可以使系统获得良好的静态和动态特性。哈尔滨工程大学江霞等在2009年利用机械手的力反馈，运用模糊PID控制机械手，具有很好的动态品质，上升时间快，超调较小，且在仿真时间内，具有较高的控制精度，较强的鲁棒性。

发明内容

本发明设计开发了一种基于正交模糊PID的串联机械手驱动系统运动控制方法，本发明目的之一是通过正交试验能够在有限的试验次数中，得到控制效果最佳的PID参数值。

本发明目的之二是在传统的PID控制器中引入模糊控制器，进而满足复杂的高精度控制以及工业伺服驱动系统的稳定性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于正交模糊PID的串联机械手驱动系统运动控制方法，建立电动舵机的数学模型，得到所述电动舵机驱动系统的闭环传递函数，基于所述闭环传递函数，对所述电动舵机的输出角度进行控制，包括：

根据所述驱动系统中的超调量和调整时间，通过正交试验确定参数k_p、k_i、k_d；