為解決自動移栽機(jī)作業(yè)過程中由于機(jī)械手定位誤差導(dǎo)致的抓取失敗、傷苗及漏苗問題,實現(xiàn)整排取苗機(jī)械手準(zhǔn)確快速定位,該文采用模糊PID控制算法實現(xiàn)自動取苗機(jī)械手的步進(jìn)定位控制。根據(jù)整排取苗試驗平臺分析了機(jī)械手水平和豎直方向的定位精度需求,以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為對象建立步進(jìn)電機(jī)角速度控制模型,設(shè)計模糊規(guī)則,建立模糊PID控制器,通過對誤差及誤差變化率的在線修正,來滿足不同誤差和誤差變化率情況下的控制要求。應(yīng)用MATLAB/Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真,從超調(diào)量、響應(yīng)時間和穩(wěn)定性指標(biāo)驗證了控制方法的可行性;以單位階躍信號作為激勵,分析PID和模糊PID的控制效果,結(jié)果表明:通過固定參數(shù)PID仿真分析,獲得系統(tǒng)最優(yōu)PID參數(shù)為K_P=20,K_I=0.2,KD=1,達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時間為0.285 s。在此參數(shù)下,模糊PID控制達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時間為0.25 s,響應(yīng)速度優(yōu)于固定參數(shù)PID控制,系統(tǒng)無超調(diào)。固定參數(shù)PID和模糊PID控制加入擾動后的控制效果分析表明,模糊PID控制系統(tǒng)超調(diào)量為40%,達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時間為1.34 s,均明顯小于固定參數(shù)PID控制43%和... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2020,36(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

閉環(huán)步進(jìn)定位控制系統(tǒng)框圖Fig.2Blockdiagramofclosed-loopstepperpositioning

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報（http://www.tcsae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller為模糊控制器；K1、K2、K3分別為KP、KI、KD的比例因子；Product為乘法器；Integrator為積分器；Add為加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.圖7模糊PID步進(jìn)定位控制系統(tǒng)仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem圖8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3擾動信號下的系統(tǒng)建模與仿真在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，大田作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，取苗機(jī)構(gòu)受外界環(huán)境影響，系統(tǒng)的控制性能降低，導(dǎo)致取送苗控制系統(tǒng)失穩(wěn)。為了模擬外界因素對控制系統(tǒng)的干擾，在原有階躍信號中加入擾動信號，并將固定參數(shù)PID控制系統(tǒng)與模糊PID控制系統(tǒng)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，得到擾動條件下的步進(jìn)定位控制系統(tǒng)仿真模型，如圖9所示。仿真過程如下：在t=0時輸入單位階躍信號，擾動信號為由信號源SignalGenerator產(chǎn)生的幅值為0.4、頻率為50Hz的sawtooth信號，在t=1s時加入系統(tǒng)，在t=1.3s時撤除系統(tǒng)。采用最優(yōu)PID參數(shù)KP=20、KI=0.2、KD=1，得到擾動信號下的控制系統(tǒng)仿真波形，如圖10所示，系統(tǒng)仿真時間為2s，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，在t=1s時加入擾動信號。由圖10可知，在t=1.005s時，2條控制曲線均開始發(fā)生變化。PID控制曲線升高到點A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲線升高到點B（1.005?

sae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller為模糊控制器；K1、K2、K3分別為KP、KI、KD的比例因子；Product為乘法器；Integrator為積分器；Add為加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.圖7模糊PID步進(jìn)定位控制系統(tǒng)仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem圖8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3擾動信號下的系統(tǒng)建模與仿真在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，大田作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，取苗機(jī)構(gòu)受外界環(huán)境影響，系統(tǒng)的控制性能降低，導(dǎo)致取送苗控制系統(tǒng)失穩(wěn)。為了模擬外界因素對控制系統(tǒng)的干擾，在原有階躍信號中加入擾動信號，并將固定參數(shù)PID控制系統(tǒng)與模糊PID控制系統(tǒng)模型進(jìn)行聯(lián)合仿真，得到擾動條件下的步進(jìn)定位控制系統(tǒng)仿真模型，如圖9所示。仿真過程如下：在t=0時輸入單位階躍信號，擾動信號為由信號源SignalGenerator產(chǎn)生的幅值為0.4、頻率為50Hz的sawtooth信號，在t=1s時加入系統(tǒng)，在t=1.3s時撤除系統(tǒng)。采用最優(yōu)PID參數(shù)KP=20、KI=0.2、KD=1，得到擾動信號下的控制系統(tǒng)仿真波形，如圖10所示，系統(tǒng)仿真時間為2s，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定后，在t=1s時加入擾動信號。由圖10可知，在t=1.005s時，2條控制曲線均開始發(fā)生變化。PID控制曲線升高到點A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲線升高到點B（1.005，0.014）。加入擾動信號?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]整排穴盤苗移栽機(jī)取送苗裝置的設(shè)計與研究[J]. 馬銳,曹衛(wèi)彬,任玲,楊萌,崔財豪.  農(nóng)機(jī)化研究. 2019(04)
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[7]自動補(bǔ)苗裝置精準(zhǔn)定位自適應(yīng)模糊PID控制[J]. 劉姣娣,曹衛(wèi)彬,許洪振,田東洋,焦灝博,歐陽異能.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(09)
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碩士論文
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[2]模糊控制在鈾同位素分離中的應(yīng)用[D]. 馬相鋒.蘭州大學(xué) 2015
[3]電力系統(tǒng)廣域模糊阻尼控制研究[D]. 孫琳.南京師范大學(xué) 2015
[4]基于CAN總線的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器研究[D]. 魏磊.重慶大學(xué) 2014
[5]穴盤苗自動取苗機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究[D]. 王僑.石河子大學(xué) 2013
[6]基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID參數(shù)控制研究[D]. 劉瑾.廣東工業(yè)大學(xué) 2013
[7]擠壓設(shè)備供料自控系統(tǒng)設(shè)計及玉米胚芽浸油擠壓預(yù)處理的試驗研究[D]. 王建鑫.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2011



本文編號：3595342