两轮机器人PID控制器设计

用于乐高机器人的PID控制器

PID技术一直是大家很感兴趣的话题。要用好PID控制，并不是一件容易的事，需要有相当的高等数学基础和控制技术基础，这对很多乐高机器人爱好者来说，是一个难题。 J. Sluka （原文作者）没有从专业的角度去解释PID，而是以非常浅显的方式写出了这篇“A PID Controller For Lego Mindstorms Robots”（用于乐高机器人的PID控制器），向缺乏专业基础的人士，解释如何在乐高机器人里使用PID控制器。 在这篇文章里所有的代码都不是真正的程序代码，只是作者对编程的示意，或者说是用类似程序代码的方式对编程的内容进行解释。作者希望读者能自行选择程序语言，自己完成PID控制器的编程。

PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编程的LEGO机器人上创建PID控制器。文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文是写给那些对PID几乎没

用于乐高机器人的PID控制器

PID技术一直是大家很感兴趣的话题。要用好PID控制，并不是一件容易的事，需要有相当的高等数学基础和控制技术基础，这对很多乐高机器人爱好者来说，是一个难题。 J. Sluka （原文作者）没有从专业的角度去解释PID，而是以非常浅显的方式写出了这篇“A PID Controller For Lego Mindstorms Robots”（用于乐高机器人的PID控制器），向缺乏专业基础的人士，解释如何在乐高机器人里使用PID控制器。 在这篇文章里所有的代码都不是真正的程序代码，只是作者对编程的示意，或者说是用类似程序代码的方式对编程的内容进行解释。作者希望读者能自行选择程序语言，自己完成PID控制器的编程。

PID控制器是一种常用的控制技术，常用于多种机械装置（如车辆、机器人、火箭）中。用数学方式来描述PID控制器是非常复杂的。本文描述了如何在使用NXT-G编程的LEGO机器人上创建PID控制器。文中将以实例来说明如何创建PID来完成机器人巡线任务。PID创建完成后，经过简单的修改就可以应用到其他地方，如，让机器人跑直线，做两轮平衡机器人。其实学过微积分的人很容易理解PID的典型描述，本文是写给那些对PID几乎没

ADT-RCA4EI四轴工业机器人控制器

多任务功能

一台机器人可进行多个任务的操作；

网络功能

具有丰富的网络通信功能：RS-232、RS-485以太网通信功能，机器人动作与通信并行处理，无通信时间的浪费，生产效率更加提高；

操作历史记录功能

可记录机器人的工作情况，以便于机器人的管理和维护；

海量存储

大容量存储器可存储更多的程序和更多的历史使用信息；

用户接口丰富

具有鼠标、键盘、显示器和USB接口，控制器可作为一台电脑使用，方便用户操作；

两种操作方式

（1）使用手编器操作机器人；

（2）直接在机器人控制器上外接鼠标、键盘、显示器，通过鼠标和键盘来控制机器人；

扩展功能强

具有PC104和PC104总线，可任意扩展PC104总线设备；

维护升级成本低

采用标准的总线接口，降低了系统以及配件的维护和升级成本。

主CPU频率800MHz

控单元操作系统Win dows 2000 / Win dows XP 扩展总线PC / 104 (+)

编程语言VB开发语言

多任务最多3个任务

逻辑程序1个程序

编程

存储容量 2 ~ 4 GB

存储装置DOM

点位数> 10000点（用户可设定点数）

手动数据输入（坐标值输入）、直角示教方式坐标示教、离线示教（从外部进行数

据输入）

控制方式控制器控制、

题目：应用不同的算法给下面各个模型设计PID控制器，并比较各个控制器下闭环系统的性能

①Ga(s)=1/(s + 1)^3②Gb(s)=1/(s + 1)^5③Gc(s)=(-1.5 + 1)/(s + 1)^3

试分别利用整定公式和PID控制器设计程序设计控制器，并比较控制器的控制效果。如果采用离散PID控制器，试比较一般离散PID控制器与增量式PID控制器下的控制效果。 解：

①Ga(s)=1/(s + 1)^3 工程设计法 数学模型如下图

1>比例单独作用 G = tf(1,[1 3 3 1]); Kp = [1:1:5];

for i = 1:length(Kp)

Gc = feedback(Kp(i)*G,1); step(Gc); hold on end

>> gtext('1 Kp = 1'), >> gtext('2 Kp = 2'), >> gtext('3 Kp = 3'), >> gtext('4 Kp = 4'), >> gtext('5 Kp = 5'),

Step Response1.41.215 Kp = 5Amplitude0.84 Kp = 43 Kp =

题目：应用不同的算法给下面各个模型设计PID控制器，并比较各个控制器下闭环系统的性能

①Ga(s)=1/(s + 1)^3②Gb(s)=1/(s + 1)^5③Gc(s)=(-1.5 + 1)/(s + 1)^3

试分别利用整定公式和PID控制器设计程序设计控制器，并比较控制器的控制效果。如果采用离散PID控制器，试比较一般离散PID控制器与增量式PID控制器下的控制效果。 解：

①Ga(s)=1/(s + 1)^3 工程设计法 数学模型如下图

1>比例单独作用 G = tf(1,[1 3 3 1]); Kp = [1:1:5];

for i = 1:length(Kp)

Gc = feedback(Kp(i)*G,1); step(Gc); hold on end

>> gtext('1 Kp = 1'), >> gtext('2 Kp = 2'), >> gtext('3 Kp = 3'), >> gtext('4 Kp = 4'), >> gtext('5 Kp = 5'),

Step Response1.41.215 Kp = 5Amplitude0.84 Kp = 43 Kp =

单轮机器人：实用机电一体化的解决方法

引言：这篇文章展了一种机电一体化的方法，是复杂的动力系统

满足规范要求。这种机电一体化的方法有以下几个步骤：分析设计，系统集成，传感与控制，以及方案评估。这种机电一体化方法意味着周期的设计与实现，检测和控制不断重复，直到系统通过评估满足目标要求。在使用陀螺效应的机器人之后，一个被叫做GYROBO的单轮机器人进行了系统开发和机电一体化控制方法的研究，其目标是为了在地面上行驶的时候保持平衡性。然而，对于单轮机器人来说，成功的保持平衡性并在路面上行驶是相当困难和具有挑战性的，由于一个点接触很容易在横向上倾倒。为了拥有其平衡性，许多问题不得不在申请任何先进行测控实验前解决。在诸多设计分析方法中（传感与控制，系统集成，方案评估），最重要的是分析设计，然而，分析设计不能保证平衡性成功的表现。由于复杂的系统体系，实用机电一体化方法是去不断重复设计步骤，经过机械装配和重置车轮壳体内部组件，和结合简单的线性控制器，使GYROBO成功的实现平衡和行驶。

1.GYROBO建模

GYROBO 能够按照远程操作员所给的指定轨迹行驶。平衡控制的实验研究表明，GYROBO前进，后退，转弯，以及翻越障碍都支持机电一体化方法来控制

两轮自平衡机器人 项目验收总结报告

一、项目实施工作概况总结

1.1概述

两轮自平衡电动车是动态平衡机器人的一种，其运作原理主要是建立在“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪和加速度计来判断车身所处的姿势状态，然后单片机据此发出合适指令,驱动电机以抵消小车倾斜的扭矩,使小车不断获得平衡。近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。美国已经有一种载人两轮自平衡车上市,以“赛格威“这个品牌为大众所知。由于两轮自平衡车有异于四轮布局小车的独特优点，因此具有广泛的应用前景。

1.2 整车设计思路

图1.1 小车整体模块组成

图1.2 小车实物

二、项目主要技术特征和创新点

Freescal单片机选用MC9S12XS128作为系统的控制核心。它负责接收陀螺仪+加速度融合出来的数据、赛道信息、小车速度等信息，并对这些信息进行相应处理，得到合适的控制量来对电机进行控制。

电源模块使用LM2940系列稳

基于MATLAB的PID 控制器设计

基于MATLAB的PID 控制器设计

一、PID控制简介

PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。

积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。

微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。

所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。

在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为

其传递函数可表示为:

从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系

两轮自平衡机器人 项目验收总结报告

一、项目实施工作概况总结

1.1概述

两轮自平衡电动车是动态平衡机器人的一种，其运作原理主要是建立在“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪和加速度计来判断车身所处的姿势状态，然后单片机据此发出合适指令,驱动电机以抵消小车倾斜的扭矩,使小车不断获得平衡。近年来，两轮自平衡电动车以其行走灵活、便利、节能等特点得到了很大的发展。国内外有很多这方面的研究，也有相应的产品。美国已经有一种载人两轮自平衡车上市,以“赛格威“这个品牌为大众所知。由于两轮自平衡车有异于四轮布局小车的独特优点，因此具有广泛的应用前景。

1.2 整车设计思路

图1.1 小车整体模块组成

图1.2 小车实物

二、项目主要技术特征和创新点

Freescal单片机选用MC9S12XS128作为系统的控制核心。它负责接收陀螺仪+加速度融合出来的数据、赛道信息、小车速度等信息，并对这些信息进行相应处理，得到合适的控制量来对电机进行控制。

电源模块使用LM2940系列稳

单臂机器人模糊PID控制系统仿真

摘要：一般讲单臂机器人的工作环境复杂，精度要求高，一般控制方法难以满足控制需要。比如PID控制的算法简单、鲁棒性好，可靠性高，但由于参数整定复杂，经典PID算法往往适应新较差，性能欠佳。为了改善经典PID的这些缺陷，将模糊PID应用在机械臂控制器的力反馈回路中，利用MATLAB、Robotics工具箱和SIMULINK进行仿真，与经典的PID仿真结果比较，模糊PID能够获得更好的性能参数和控制效果。

关键词：单臂机器人 模糊PID 仿真 中图分类号:TP27

The Path Planning for Mobile Robot Based on the Fuzzy-PID control

Abstract: Mobile robot must achieve the path tracking and obstacle avoidance in motion .Based on the principle of the visual navigation and the Fuzzy-PID control, makes researches of the mobile robot’s system arch