陳睿 周海波 于恒彬 李霞

摘要：為了提高電動(dòng)舵機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，提出一種基于正交試驗(yàn)法的模糊PID智能控制方法。本文以電動(dòng)舵機(jī)為執(zhí)行元件，建立了撿拾機(jī)械手關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在傳統(tǒng)的比例積分微分（proportion，integrafion，differentiation，PID）控制策略下，加入了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和模糊控制的方法，在Simu]ink軟件仿真環(huán)境申對(duì)電動(dòng)舵機(jī)機(jī)械手關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)控制、正交優(yōu)化的PID控制和模糊Pm控制進(jìn)行仿真分析，并對(duì)單自由度和雙自由度機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。仿真與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，利用正交試驗(yàn)法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定，能快速的確定合適的PID參數(shù)，大大減小試驗(yàn)次數(shù);利用模糊控制可以提高PID控制的適應(yīng)能力，雖然使系統(tǒng)的上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間有少量增加，但是超調(diào)量明顯減小，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;電動(dòng)舵機(jī);PID;正交優(yōu)化;模糊控制

DOI：10.15938/j.jhust.2020.02.003

中圖分類號(hào)：TP273.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1007-2683（2020）02-0016-09

0引言

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的用途越來越廣，開始從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域向農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療、服務(wù)、建設(shè)、生活等各個(gè)領(lǐng)域滲透。機(jī)械手作為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的核心部分，能夠模仿人體的肢體動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自主抓取、搬運(yùn)等操作，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，已成為國內(nèi)外爭(zhēng)相研究的熱點(diǎn)。機(jī)器人手臂是機(jī)器人最靈活關(guān)節(jié)，作為機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，舵機(jī)具備體積小、重量輕及功率大的特點(diǎn)正好能滿足要求。同時(shí)電動(dòng)舵機(jī)與液壓舵機(jī)、氣動(dòng)舵機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，因此電動(dòng)舵機(jī)更加適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)。

由于現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，服務(wù)機(jī)器人需要滿足響應(yīng)速度快、精度高、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但電動(dòng)舵機(jī)本身的半閉環(huán)系統(tǒng)并不能滿足這些條件，所以必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制。由于PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，因其算法簡(jiǎn)單、魯棒性好等特點(diǎn)，所以在工業(yè)控制中被廣泛應(yīng)用，但其也具有參數(shù)難以確定、無法滿足復(fù)雜的高精度的控制場(chǎng)合、在時(shí)變系統(tǒng)中適應(yīng)性下降等諸多缺陷。

在工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，PID參數(shù)的設(shè)定通常達(dá)不到全局的最優(yōu)解，但是利用正交試驗(yàn)的方法能夠在有限的試驗(yàn)次數(shù)中，得到控制效果較佳的PID參數(shù)值。王幼民等在2007年利用正交試驗(yàn)法對(duì)電液伺服系統(tǒng)PID參數(shù)進(jìn)行整定，提高了電液伺服系統(tǒng)的控制精度，減少了響應(yīng)時(shí)間且減少了試驗(yàn)次數(shù)。彭安華等在2011年利用正交試驗(yàn)法對(duì)機(jī)床閉環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行PID參數(shù)優(yōu)化，減少了超調(diào)量和上升時(shí)間。

在另一方面，傳統(tǒng)的PID控制會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境的微小變化就會(huì)脫離最佳穩(wěn)態(tài)，無法滿足復(fù)雜的高精度控制以及工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。把傳統(tǒng)的PID控制方法引入模糊控制器，使用模糊PID控制可以使系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。哈爾濱工程大學(xué)的陸軍等在2009年利用機(jī)械手的力反饋，運(yùn)用模糊P1D控制機(jī)械手，具有很好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，上升時(shí)間快，超調(diào)較小，且在仿真時(shí)間內(nèi)，具有較高的控制精度，較強(qiáng)的魯棒性。

本文針對(duì)撿拾機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)舵機(jī)的控制，提出了一種基于正交優(yōu)化的模糊PID伺服驅(qū)動(dòng)智能控制方法。建立了電動(dòng)舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型，分析了其閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;在傳統(tǒng)的PID控制中加入正交優(yōu)化和模糊控制的方法，正交優(yōu)化可減少PID參數(shù)的調(diào)節(jié)次數(shù)，模糊控制可提高PID控制的適應(yīng)能力;仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文提出控制方法的有效性。

1 電動(dòng)舵機(jī)的數(shù)學(xué)模型

電動(dòng)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、反饋電位器等模塊組成。

直流電機(jī)是電動(dòng)舵機(jī)核心部件，在不考慮阻尼力矩、摩擦力矩的條件下，可以建立其動(dòng)態(tài)過程中的數(shù)學(xué)模型。直流電機(jī)回路的電壓平衡方程可表示為：

式中：u_a為電機(jī)回路電壓;i_a為電機(jī)回路電流;R_a為電機(jī)回路總電阻;E_b為電機(jī)反電動(dòng)勢(shì);L為電機(jī)總電感。

直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)可表示為：

式中：K_{E]為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù);θ為直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。}

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程和轉(zhuǎn)矩平衡方程可表示為：

綜上，分析了電動(dòng)舵機(jī)各組成部件構(gòu)成和原理，可以得到電動(dòng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的線性傳遞函數(shù)框圖，如圖l所示。

由圖1得電動(dòng)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

本文在關(guān)節(jié)處采用了ASMC-03B型電動(dòng)舵機(jī)，其功率穩(wěn)定且自帶減速器功能，如圖2所示。ASMC-03B型電動(dòng)舵機(jī)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

將舵機(jī)的閉環(huán)傳遞函數(shù)在Simulink的LinearAnalysis Tool中進(jìn)行幅頻特性的分析，可以得到舵機(jī)閉環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖，如圖3所示。

在工程實(shí)踐中，為了使系統(tǒng)有滿意的穩(wěn)定性儲(chǔ)備，一般希望相位裕度在30°～60°，幅值裕度要求大于6dBL。由舵機(jī)閉環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖可得，其相位裕度γ=28.7°，幅值裕度K_g=11.2dB，所以舵機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)為一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。

2 Matlab仿真分析

2.1 開環(huán)控制與仿真

以電動(dòng)舵機(jī)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為模型，在Simu。link中用輸入信號(hào)為單位階躍信號(hào)做響應(yīng)測(cè)試。開環(huán)控制Simulink仿真結(jié)果如圖4所示，Simulink開環(huán)控制仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表2所示。

由仿真結(jié)果圖形和數(shù)據(jù)可以得到，當(dāng)進(jìn)行開環(huán)控制時(shí)，因?yàn)殡妱?dòng)舵機(jī)內(nèi)部裝有電位反饋器，在其內(nèi)部形成一個(gè)半閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)經(jīng)過短暫調(diào)整，可以趨于穩(wěn)定。盡管上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間較短，但超調(diào)量非常大，所以需要加入其他的控制方法，減小系統(tǒng)的超調(diào)量和振蕩。

2.2PID控制與仿真

PID控制是一種典型的負(fù)反饋控制方式，其是用系統(tǒng)給定值r（t），減去系統(tǒng)的輸出值y（t），得到系統(tǒng)輸出偏差e（t）=r（t）-y（t），之后對(duì)輸出偏差e（t）進(jìn)行比例、積分、微分的控制運(yùn)算，最終得到PID控制器的輸出結(jié)果u（t）。

在連續(xù)的時(shí)間域中，傳統(tǒng)PID的控制算法表達(dá)式為：

式中：k_p為比例系數(shù);T_i為積分時(shí)間常數(shù);T_d為微分時(shí)間常數(shù);k_i=k_p/T_i為積分系數(shù);k_d=k_pT_d為微分系數(shù)。

在PID控制算法中，比例系數(shù)k_p的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度;積分時(shí)間常數(shù)T_i的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差;微分時(shí)間常數(shù)T_d的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

本文以減少系統(tǒng)的超調(diào)量為目標(biāo)，依據(jù)PID參數(shù)的整定原則確定k_p、k_i，k_d分別在[0.1，1]，[10，20]，[0.014，0.03]范圍中時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)量已基本控制在15%以內(nèi)。選取k_p=0.1，k_i=20，k_d=0.03進(jìn)行系統(tǒng)的PID控制，PID控制仿真結(jié)果如圖5所示，PID控制仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示。

仿真結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)加入PID控制時(shí)，上升時(shí)間增加了0.05s左右，調(diào)整時(shí)間增加了0.2s左右，但是其超調(diào)量減少了33%左右。應(yīng)用傳統(tǒng)PID控制技術(shù)，增加了撿拾機(jī)械手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間，但是大大減小了其超調(diào)量，增強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

2.3 正交優(yōu)化的PID控制與仿真

2.3.1 傳統(tǒng)的正交試驗(yàn)過程

1）明確試驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ囼?yàn)的目的就是選定一組合適的PID參數(shù)，使機(jī)械手控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性均達(dá)到最佳。由于在本控制系統(tǒng)中最重要的指標(biāo)是超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間，但在進(jìn)行傳統(tǒng)的PID控制時(shí)，對(duì)PID參數(shù)的初步調(diào)節(jié)已經(jīng)大幅度降低了系統(tǒng)的超調(diào)量，所以特確定調(diào)整時(shí)間作為本試驗(yàn)的考察指標(biāo)。

2）確定因素及水平，制訂因素水平表。顯然本試驗(yàn)是要研究PID三參數(shù)對(duì)控制指標(biāo)的影響，因此確定參數(shù)為k_p，k_i、k_d，三個(gè)參數(shù)水平范圍的選取與操作人員的理論水平及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。本文水平范圍的選取是建立在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。

3）選取正交表進(jìn)行表頭設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)方案。選用正交表時(shí)，可以根據(jù)水平數(shù)和因素?cái)?shù)，選擇能夠滿足因素和水平的最小正交表。為保證試驗(yàn)的可靠性，本文選取正交表L₉（3⁴）。由單因素實(shí)驗(yàn)表明，雖然3個(gè)參數(shù)之間存在交互作用，但影響的顯著性比較小，所以暫不考慮交互作用。

4）試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與比較。本試驗(yàn)采用直觀分析法分析數(shù)據(jù)。

5）驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果。將分析后的最優(yōu)數(shù)據(jù)代入系統(tǒng)，看其效果是否真的使系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間都達(dá)到了最佳。

2.3.2 基于正交試驗(yàn)的PID控制與仿真

由于PID控制使系統(tǒng)的超調(diào)量能夠滿足工作要求。從而為減少系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的控制效果，采用正交試驗(yàn)法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行整定。設(shè)計(jì)了L₉（3⁴）正交表，因素水平表如表4所示。

依據(jù)因素水平表，以調(diào)整時(shí)間為目標(biāo)，依次進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表5所示：

由表5可知，k_p、k_i、k_d3個(gè)參數(shù)的極差分別為Rk_p=0.324，Rk_i=0.278，Rk_d=0.144，Rk_p>Rk_i>Rk_d說明在該系統(tǒng)中，k_p是對(duì)調(diào)整時(shí)間影響最大的因素。由各因素的水平實(shí)驗(yàn)均值分析選取k_p=0.1，k_i=20，k_d=0.01，以其為PID控制參數(shù)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示，正交優(yōu)化的PID控制仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表6所示：

仿真結(jié)果表明，正交優(yōu)化后PID控制的上升時(shí)間增加，調(diào)整時(shí)間減少，增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)的快速性，超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性進(jìn)一步增加，正交優(yōu)化后PID控制能力得到提升。

2.4模糊PID控制與仿真

對(duì)于具有大滯后、大慣性、具有復(fù)雜的信號(hào)追蹤的控制對(duì)象，PID控制也非常有局限性，模糊PID控制技術(shù)可以改善PID的控制缺陷。

模糊PID控制器是在常規(guī)PID控制器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，一般將e（t）、de（t）/dt作為模糊控制輸入量，對(duì)△k_p、△k_i、△k_d作為模糊控制輸出量，是一種兩輸入三輸出的模糊控制器，如圖7所示。

常規(guī)PID中的參數(shù)的基礎(chǔ)上加入模糊控制輸出量，形成的新的PID控制參數(shù)：

選用上文中正交優(yōu)化的參數(shù)k_p=0.1，k_i=20，k_d=0.01，與模糊控制輸出的△k_p、△k_i、△k_d進(jìn)行新的PID參數(shù)計(jì)算。

為了減少計(jì)算量，同時(shí)保證計(jì)算的精準(zhǔn)度，選取NS、ZO和PS 3個(gè)語言變量值，為了保證計(jì)算的簡(jiǎn)便性，△k_p、△k_i、△k_d采用相同的模糊控制規(guī)則。模糊規(guī)則表按副對(duì)角線對(duì)稱，在對(duì)電動(dòng)舵機(jī)控制調(diào)節(jié)過程中，對(duì)正偏差和負(fù)偏差都能夠進(jìn)行有效的干預(yù)和控制，具有實(shí)用意義。模糊規(guī)則表如表7所示。按照表7的模糊規(guī)則進(jìn)行similink仿真，模糊PID控制Simulink仿真結(jié)果如圖8所示：由圖8仿真曲線表明，針對(duì)電動(dòng)舵機(jī)這類響應(yīng)快、超調(diào)大的系統(tǒng)，正交優(yōu)化后的模糊PID控制能夠很好的解決這種情況，正交優(yōu)化可減少PID參數(shù)的調(diào)節(jié)次數(shù)，模糊控制可提高PID控制的適應(yīng)能力。系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)間少量增加的同時(shí)大幅度降低超調(diào)量，增強(qiáng)了系統(tǒng)調(diào)控的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。正交優(yōu)化后的模糊PID控制仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表8所示：

由仿真結(jié)果表明，開環(huán)控制、PID控制、正交優(yōu)化的PID控制、模糊PID控制，系統(tǒng)都可以趨于穩(wěn)定。相對(duì)于開環(huán)控制，模糊PID控制的上升時(shí)間增加了0.08s左右，調(diào)整時(shí)間增加了0.1s左右，但是超調(diào)量明顯減小，增強(qiáng)了運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。相比于正交優(yōu)化的PID控制，模糊PID控制的上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間和超調(diào)量都減小，在增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，加快調(diào)節(jié)速度。正交優(yōu)化的模糊PID控制很好的將模糊控制與正交優(yōu)化兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的實(shí)時(shí)整定與控制，對(duì)撿拾機(jī)械手關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)具有很好的調(diào)控性能。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖9所示，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反饋，在機(jī)械手關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3裝有HKS0-D8G型編碼器如圖10所示，同時(shí)運(yùn)用STM32嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了主要控制程序程序的設(shè)計(jì)，包括機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制程序、角度信息采集程序、增量式PID程序、模糊PID控制程序等。

3.1 單關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，PID控制和模糊PID控制的參數(shù)以正交優(yōu)化的結(jié)果k_p=0.1，k_i=20，k_d=0.01為主要控制參數(shù)。單關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)量機(jī)械手角度誤差時(shí)，對(duì)關(guān)節(jié)2輸入不同的轉(zhuǎn)角。θ₂（-30°、-60°、-75°），控制器分別對(duì)其進(jìn)行開環(huán)控制，PID控制和模糊PID控制，通過編碼器測(cè)量關(guān)節(jié)2相對(duì)于機(jī)械手坐標(biāo)系Y軸方向（Y=0）的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度θ₂，同時(shí)計(jì)算機(jī)械手關(guān)節(jié)角度的角度誤差和平均調(diào)整時(shí)間，結(jié)果如表9所示。

輸入不同的轉(zhuǎn)角（-30°、-60°、-75°），分別進(jìn)行單自由度關(guān)節(jié)的開環(huán)控制，PID控制，模糊PID控制，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得：

相對(duì)于開環(huán)控制，PID控制和模糊PID控制調(diào)整時(shí)間有少量增加，原因可能為PID控制和模糊PID控制的算法程序運(yùn)算增加了調(diào)整時(shí)間，或者在反饋調(diào)節(jié)的過程增加了調(diào)整時(shí)間。但是模糊PID控制在調(diào)整時(shí)間上比PID控制略微減少。

相對(duì)于開環(huán)控制，PID控制和模糊PID控制的平均穩(wěn)定角度相對(duì)誤差減小4%左右，平均角度穩(wěn)定誤差也有明顯減小，說明兩種控制方法發(fā)揮了負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用。相對(duì)于PID控制，模糊PID控制的平均穩(wěn)定角度相對(duì)誤差減2%左右。說明模糊PID控制能夠進(jìn)一步減小角度控制誤差。

3.2雙關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，PID控制和模糊PID控制的參數(shù)以正交優(yōu)化的結(jié)果k_p=0.1，k_i=20，k_d=0.01為主要控制參數(shù)。雙關(guān)節(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)量機(jī)械手定位誤差時(shí)，通過控制器給定一個(gè)坐標(biāo)位置，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算，控制器分別對(duì)其進(jìn)行開環(huán)控制，正交優(yōu)化的PID控制和模糊PID控制，使其達(dá)到目標(biāo)位置，進(jìn)行理論位置和實(shí)際位置的坐標(biāo)誤差計(jì)算。

分別測(cè)量相對(duì)于機(jī)械手坐標(biāo)系Y軸方向（Y=0），給出X、Z的坐標(biāo)，經(jīng)過3種控制方式的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以測(cè)得機(jī)械手末端位置誤差，測(cè)得多組數(shù)據(jù)，得到各坐標(biāo)的平均位置誤差，結(jié)果如表10所示。

輸入不同的坐標(biāo)位置，分別進(jìn)行兩自由度關(guān)節(jié)的開環(huán)控制，正交優(yōu)化的PID控制，模糊PID控制，從測(cè)量結(jié)果分析可得：相對(duì)于開環(huán)控制，正交優(yōu)化的PID控制在乎均位置誤差上減少50%左右，這表明了正交優(yōu)化的PID控制能夠較大程度的提高控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。相對(duì)于正交優(yōu)化的PID控制，模糊PID的平均位置誤差減小30%左右，這表明了，正交優(yōu)化后的模糊PID控制在上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間少量減少的基礎(chǔ)上，使控制更為準(zhǔn)確。

根據(jù)表10數(shù)據(jù)可得，當(dāng)測(cè)試的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角較小時(shí)，機(jī)械誤差較小，所以開環(huán)控制誤差較小，PID控制和模糊PID控制調(diào)節(jié)力度小但更為精確;當(dāng)測(cè)試的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角較大時(shí)，這時(shí)因?yàn)槭芰栴}導(dǎo)致機(jī)械誤差突然增大，導(dǎo)致開環(huán)控制誤差變大，這時(shí)PID控制和模糊PID控制調(diào)節(jié)力度加大，使其加快向理論坐標(biāo)偏移。當(dāng)測(cè)試的坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角較大時(shí)誤差也較大，原因可能為機(jī)械手自重產(chǎn)生的力矩的影響、裝配誤差的影響或測(cè)量過程中測(cè)量誤差的影響。

4 結(jié)論

1）針對(duì)電動(dòng)舵機(jī)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，本文提出了一種由正交優(yōu)化和模糊控制相結(jié)合的PID控制方法。相比于傳統(tǒng)的PID控制方法，利用正交試驗(yàn)法對(duì)電動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行PID整定，試驗(yàn)次數(shù)較少，能快速確定合適的PID參數(shù);利用模糊控制能使系統(tǒng)性能達(dá)到最佳，可明顯提高系統(tǒng)的控制精度，大大減少超調(diào)量。為了驗(yàn)證模糊PID控制的有效性，在Simulink中將其與開環(huán)控制、傳統(tǒng)PID控制和正交優(yōu)化的PID控制進(jìn)行比較。模糊PID控制在上升時(shí)間和調(diào)整時(shí)間雖有所增加，但是超調(diào)量卻大幅度降低。

2）相對(duì)于開環(huán)控制，正交優(yōu)化的PID控制在調(diào)整時(shí)間上增加了1～2s，平均角度相對(duì)誤差減小4%左右，平均位置誤差減小50%左右;相對(duì)于正交優(yōu)化的PID控制，模糊PID控制在調(diào)整時(shí)間上有少量減少，平均角度相對(duì)誤差減小2%左右，平均位置誤差減小30%左右。這項(xiàng)研究表明了在正交優(yōu)化基礎(chǔ)上的模糊PID控制能更大程度的提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。