模糊PID消防机器人无刷直流电机驱动系统设计
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摘要
传统消防机器人主要运用有刷直流电机和经典PID控制。提出一种将无刷直流电机和模糊PID控制算法相结合的电机驱动系统,为消防机器人提供低速大转矩驱动。通过建立无刷直流电机控制系统模型和模糊PID控制设计,在MATLAB/Simulink仿真环境下建立系统仿真模型。在仿真环境中将传统PID控制器和模糊PID控制器各项指标作对比,结果表明使用无刷直流电机并运用模糊PID控制器组成的消防机器人,具有良好的静动态性能、抗干扰能力及转速/转矩特性。为验证试验的可靠性,建立消防机器人实物模型,对机器人进行整体测试,表明模糊PID消防机器人爬坡、越障、爬楼梯能力强,具有实用价值。
Traditional fire fighting robots mainly use brushed DC motors and classical PID control.Now a brushless DC motor and fuzzy PID control algorithm are combined to form a motor drive system,which provides low-speed and high-torque drive for fire fighting robots.Through the establishment of a brushless DC motor control system model and the design of fuzzy PID control,a system simulation model is established under the MATLAB/Simulink simulation environment.In the simulation environment,the traditional PID controller and fuzzy PID controller are compared.The simulation results show that the fire robot composed of brushless DC motor and fuzzy PID controller has good static and dynamic performance and anti-jamming capability as well as good speed/torque characteristics.In order to verify the reliability of the test,a physical model of the fire-fighting robot is established.Through the overall testing of the robot,it is shown that the fuzzy PID fire-fighting robot has strong ability of climbing,obstacle crossing and stair climbing,and has practical value.
Traditional fire fighting robots mainly use brushed DC motors and classical PID control.Now a brushless DC motor and fuzzy PID control algorithm are combined to form a motor drive system,which provides low-speed and high-torque drive for fire fighting robots.Through the establishment of a brushless DC motor control system model and the design of fuzzy PID control,a system simulation model is established under the MATLAB/Simulink simulation environment.In the simulation environment,the traditional PID controller and fuzzy PID controller are compared.The simulation results show that the fire robot composed of brushless DC motor and fuzzy PID controller has good static and dynamic performance and anti-jamming capability as well as good speed/torque characteristics.In order to verify the reliability of the test,a physical model of the fire-fighting robot is established.Through the overall testing of the robot,it is shown that the fuzzy PID fire-fighting robot has strong ability of climbing,obstacle crossing and stair climbing,and has practical value.
引文
[1]魏捍东,张智.从央视大火探讨超高层建筑灭火对策[J].消防科学与技术,2010(9):606-612.
[2]宫红锁,杨慧红,靳云玲.中国消防机器人的展望[J].中国公共安全,2012(3):128-130.
[3]李海涛,王敏,史凌斌,等.消防机器人的发展和应用前景[J].中国公共安全:综合版,2007(1):161-164。
[4]袁峥.消防车智能监控系统研究与开发[D].郑州:郑州大学,2013.
[5]刘军,程继国,尹志,等.消防机器人灭火救援应用技术分析[J].消防技术与产品信息,2010(5):15-18.
[6]姜华.高空救援灭火机器人的设计[D].合肥:中国科学技术大学,2014.
[7]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京:科学出版社,2009.
[8]张璇.BLDCM无位置传感器控制系统的研究[D].大连:大连理工大学,2009.
[9]刘二利.基于dsPlC的BLDCM无位置传感器控制系统研究[D].大连:大连理工大学,2007.
[10]陈晓冲,王万平.常规PID控制和模糊自适应PID控制仿真研究[J].机床与液压,2004(9):65-66.
[11]陶永华,尹恰欣,葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998:36-38.
[12]何衍庆,俞金寿,蒋慰孙.工业生产过程控制[M].北京:化学工业出版社,2004(4):80-84.
[13]赵永娟,孙华东.基于MATLAB的模糊PID控制器的设计和仿真[J].微计算机信息,2009(7):48-49.
[14]任先进,马瑞卿,卢颖,等.无刷直流电机在电动转辙机中的应用设计[J].微电机,2016,49(1):64-67.
[15]许明轩.硅整流式交流发电机在活塞通用飞机上的应用[J].科技创新导报,2012(6):79-80.
[16]周里津.清洗机器人无刷直流电机驱动系统的设计[D].武汉:武汉理工大学,2012.
[17]KAN J M,LI W B,LIU J H.Fuzzy immune self-tuning PID controller and its Simulation[C].IEEE Conference on,2008:625-628.
[18]YU X L,LOU W Z.The application of the parallel decoupling fuzzy PID algorithm in the speed control system[C].IEEE International Conference on Information Acquisition,2006:1185-1190。
[19]谢俊.基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计与仿真研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.
[20]钱双杰,简献忠,刘瑞.一种无位置传感器的无刷直流电机建模研究[J].电子科技,2015,28(6):195-196.
[21]殷云华.基于DSP的无刷直流电机控制系统设计和仿真研究[D].太原:中北大学,2007.
[22]刘金琨.智能控制[M].北京:电子工业出版社,2005:50-52.
[23]顾德英,罗云林,马淑华.计算机控制技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2007:22-25.
[2]宫红锁,杨慧红,靳云玲.中国消防机器人的展望[J].中国公共安全,2012(3):128-130.
[3]李海涛,王敏,史凌斌,等.消防机器人的发展和应用前景[J].中国公共安全:综合版,2007(1):161-164。
[4]袁峥.消防车智能监控系统研究与开发[D].郑州:郑州大学,2013.
[5]刘军,程继国,尹志,等.消防机器人灭火救援应用技术分析[J].消防技术与产品信息,2010(5):15-18.
[6]姜华.高空救援灭火机器人的设计[D].合肥:中国科学技术大学,2014.
[7]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京:科学出版社,2009.
[8]张璇.BLDCM无位置传感器控制系统的研究[D].大连:大连理工大学,2009.
[9]刘二利.基于dsPlC的BLDCM无位置传感器控制系统研究[D].大连:大连理工大学,2007.
[10]陈晓冲,王万平.常规PID控制和模糊自适应PID控制仿真研究[J].机床与液压,2004(9):65-66.
[11]陶永华,尹恰欣,葛芦生.新型PID控制及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998:36-38.
[12]何衍庆,俞金寿,蒋慰孙.工业生产过程控制[M].北京:化学工业出版社,2004(4):80-84.
[13]赵永娟,孙华东.基于MATLAB的模糊PID控制器的设计和仿真[J].微计算机信息,2009(7):48-49.
[14]任先进,马瑞卿,卢颖,等.无刷直流电机在电动转辙机中的应用设计[J].微电机,2016,49(1):64-67.
[15]许明轩.硅整流式交流发电机在活塞通用飞机上的应用[J].科技创新导报,2012(6):79-80.
[16]周里津.清洗机器人无刷直流电机驱动系统的设计[D].武汉:武汉理工大学,2012.
[17]KAN J M,LI W B,LIU J H.Fuzzy immune self-tuning PID controller and its Simulation[C].IEEE Conference on,2008:625-628.
[18]YU X L,LOU W Z.The application of the parallel decoupling fuzzy PID algorithm in the speed control system[C].IEEE International Conference on Information Acquisition,2006:1185-1190。
[19]谢俊.基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计与仿真研究[D].武汉:武汉理工大学,2010.
[20]钱双杰,简献忠,刘瑞.一种无位置传感器的无刷直流电机建模研究[J].电子科技,2015,28(6):195-196.
[21]殷云华.基于DSP的无刷直流电机控制系统设计和仿真研究[D].太原:中北大学,2007.
[22]刘金琨.智能控制[M].北京:电子工业出版社,2005:50-52.
[23]顾德英,罗云林,马淑华.计算机控制技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2007:22-25.