番茄钵苗整排取苗手定位的模糊PID控制
发布时间：2022-01-17 19:53
为解决自动移栽机作业过程中由于机械手定位误差导致的抓取失败、伤苗及漏苗问题,实现整排取苗机械手准确快速定位,该文采用模糊PID控制算法实现自动取苗机械手的步进定位控制。根据整排取苗试验平台分析了机械手水平和竖直方向的定位精度需求,以两相混合式步进电机为对象建立步进电机角速度控制模型,设计模糊规则,建立模糊PID控制器,通过对误差及误差变化率的在线修正,来满足不同误差和误差变化率情况下的控制要求。应用MATLAB/Simulink进行系统仿真,从超调量、响应时间和稳定性指标验证了控制方法的可行性;以单位阶跃信号作为激励,分析PID和模糊PID的控制效果,结果表明:通过固定参数PID仿真分析,获得系统最优PID参数为KP=20,KI=0.2,KD=1,达到稳态所需的时间为0.285 s。在此参数下,模糊PID控制达到稳态所需时间为0.25 s,响应速度优于固定参数PID控制,系统无超调。固定参数PID和模糊PID控制加入扰动后的控制效果分析表明,模糊PID控制系统超调量为40%,达到稳态所需时间为1.34 s,均明显小于固定参数PID控制43%和...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
闭环步进定位控制系统框图Fig.2Blockdiagramofclosed-loopstepperpositioning
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller为模糊控制器；K1、K2、K3分别为KP、KI、KD的比例因子；Product为乘法器；Integrator为积分器；Add为加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.图7模糊PID步进定位控制系统仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem图8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3扰动信号下的系统建模与仿真在实际生产应用中，大田作业环境复杂，取苗机构受外界环境影响，系统的控制性能降低，导致取送苗控制系统失稳。为了模拟外界因素对控制系统的干扰，在原有阶跃信号中加入扰动信号，并将固定参数PID控制系统与模糊PID控制系统模型进行联合仿真，得到扰动条件下的步进定位控制系统仿真模型，如图9所示。仿真过程如下：在t=0时输入单位阶跃信号，扰动信号为由信号源SignalGenerator产生的幅值为0.4、频率为50Hz的sawtooth信号，在t=1s时加入系统，在t=1.3s时撤除系统。采用最优PID参数KP=20、KI=0.2、KD=1，得到扰动信号下的控制系统仿真波形，如图10所示，系统仿真时间为2s，当系统达到稳定后，在t=1s时加入扰动信号。由图10可知，在t=1.005s时，2条控制曲线均开始发生变化。PID控制曲线升高到点A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲线升高到点B（1.005?
sae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller为模糊控制器；K1、K2、K3分别为KP、KI、KD的比例因子；Product为乘法器；Integrator为积分器；Add为加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.图7模糊PID步进定位控制系统仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem图8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3扰动信号下的系统建模与仿真在实际生产应用中，大田作业环境复杂，取苗机构受外界环境影响，系统的控制性能降低，导致取送苗控制系统失稳。为了模拟外界因素对控制系统的干扰，在原有阶跃信号中加入扰动信号，并将固定参数PID控制系统与模糊PID控制系统模型进行联合仿真，得到扰动条件下的步进定位控制系统仿真模型，如图9所示。仿真过程如下：在t=0时输入单位阶跃信号，扰动信号为由信号源SignalGenerator产生的幅值为0.4、频率为50Hz的sawtooth信号，在t=1s时加入系统，在t=1.3s时撤除系统。采用最优PID参数KP=20、KI=0.2、KD=1，得到扰动信号下的控制系统仿真波形，如图10所示，系统仿真时间为2s，当系统达到稳定后，在t=1s时加入扰动信号。由图10可知，在t=1.005s时，2条控制曲线均开始发生变化。PID控制曲线升高到点A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲线升高到点B（1.005，0.014）。加入扰动信号?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Lab VIEW的苗盘输送控制系统设计[J]. 任玲,曹卫彬,马锐,王宁. 农机化研究. 2019(09)
[2]自动移栽机整排取苗间隔投苗控制系统设计与试验[J]. 胡建平,常航,杨丽红,韩绿化,毛罕平,张思伟. 农业机械学报. 2018(06)
[3]整排穴盘苗移栽机取送苗装置的设计与研究[J]. 马锐,曹卫彬,任玲,杨萌,崔财豪. 农机化研究. 2019(04)
[4]基于模糊PID控制的步进电机建模与仿真[J]. 郭豪,李宝慧,赵树忠. 机械工程与自动化. 2018(02)
[5]蔬菜自动移栽技术研究现状与分析[J]. 何亚凯,颜华,崔巍,陈科,韩振浩,包春林. 农业工程. 2018(03)
[6]基于PSO优化算法的模糊PID励磁控制器设计[J]. 王镇道,张乐,彭子舜. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(08)
[7]自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制[J]. 刘姣娣,曹卫彬,许洪振,田东洋,焦灏博,欧阳异能. 农业工程学报. 2017(09)
[8]穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统设计与移栽试验[J]. 魏新华,包盛,刘晓凯,刘成良,毛罕平. 农业机械学报. 2016(12)
[9]国内外蔬菜移栽机械发展现状[J]. 陈清,云建,陈永生,胡桧,高庆生. 蔬菜. 2016(08)
[10]基于ADAMS的钵苗移栽机械手设计及运动仿真[J]. 钟兴,王艳莉. 安徽农业科学. 2015(08)
硕士论文
[1]穴盘苗整排自动取苗机构控制系统设计研究[D]. 马锐.石河子大学 2018
[2]模糊控制在铀同位素分离中的应用[D]. 马相锋.兰州大学 2015
[3]电力系统广域模糊阻尼控制研究[D]. 孙琳.南京师范大学 2015
[4]基于CAN总线的电动执行机构控制器研究[D]. 魏磊.重庆大学 2014
[5]穴盘苗自动取苗机构控制系统研究[D]. 王侨.石河子大学 2013
[6]基于量子神经网络的PID参数控制研究[D]. 刘瑾.广东工业大学 2013
[7]挤压设备供料自控系统设计及玉米胚芽浸油挤压预处理的试验研究[D]. 王建鑫.河北农业大学 2011
本文编号：3595342
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
闭环步进定位控制系统框图Fig.2Blockdiagramofclosed-loopstepperpositioning
农业工程学报（http://www.tcsae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller为模糊控制器；K1、K2、K3分别为KP、KI、KD的比例因子；Product为乘法器；Integrator为积分器；Add为加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.图7模糊PID步进定位控制系统仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem图8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3扰动信号下的系统建模与仿真在实际生产应用中，大田作业环境复杂，取苗机构受外界环境影响，系统的控制性能降低，导致取送苗控制系统失稳。为了模拟外界因素对控制系统的干扰，在原有阶跃信号中加入扰动信号，并将固定参数PID控制系统与模糊PID控制系统模型进行联合仿真，得到扰动条件下的步进定位控制系统仿真模型，如图9所示。仿真过程如下：在t=0时输入单位阶跃信号，扰动信号为由信号源SignalGenerator产生的幅值为0.4、频率为50Hz的sawtooth信号，在t=1s时加入系统，在t=1.3s时撤除系统。采用最优PID参数KP=20、KI=0.2、KD=1，得到扰动信号下的控制系统仿真波形，如图10所示，系统仿真时间为2s，当系统达到稳定后，在t=1s时加入扰动信号。由图10可知，在t=1.005s时，2条控制曲线均开始发生变化。PID控制曲线升高到点A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲线升高到点B（1.005?
sae.org）2020年26注：Fuzzylogicalcontroller为模糊控制器；K1、K2、K3分别为KP、KI、KD的比例因子；Product为乘法器；Integrator为积分器；Add为加法器。Note:Fuzzylogicalcontrollerisafuzzycontroller;K1,K2,K3arescalefactorsofKP,KI,KDrespectively;Productismultiplier;Integratorisintegrator.Addistheadder.图7模糊PID步进定位控制系统仿真模型Fig.7SimulationmodeloffuzzyPIDsteppositioningcontrolsystem图8模糊PID控制仿真波形Fig.8SimulationwaveformoffuzzyPIDcontrol3.3扰动信号下的系统建模与仿真在实际生产应用中，大田作业环境复杂，取苗机构受外界环境影响，系统的控制性能降低，导致取送苗控制系统失稳。为了模拟外界因素对控制系统的干扰，在原有阶跃信号中加入扰动信号，并将固定参数PID控制系统与模糊PID控制系统模型进行联合仿真，得到扰动条件下的步进定位控制系统仿真模型，如图9所示。仿真过程如下：在t=0时输入单位阶跃信号，扰动信号为由信号源SignalGenerator产生的幅值为0.4、频率为50Hz的sawtooth信号，在t=1s时加入系统，在t=1.3s时撤除系统。采用最优PID参数KP=20、KI=0.2、KD=1，得到扰动信号下的控制系统仿真波形，如图10所示，系统仿真时间为2s，当系统达到稳定后，在t=1s时加入扰动信号。由图10可知，在t=1.005s时，2条控制曲线均开始发生变化。PID控制曲线升高到点A（1.005，0.0144），模糊PID控制曲线升高到点B（1.005，0.014）。加入扰动信号?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Lab VIEW的苗盘输送控制系统设计[J]. 任玲,曹卫彬,马锐,王宁. 农机化研究. 2019(09)
[2]自动移栽机整排取苗间隔投苗控制系统设计与试验[J]. 胡建平,常航,杨丽红,韩绿化,毛罕平,张思伟. 农业机械学报. 2018(06)
[3]整排穴盘苗移栽机取送苗装置的设计与研究[J]. 马锐,曹卫彬,任玲,杨萌,崔财豪. 农机化研究. 2019(04)
[4]基于模糊PID控制的步进电机建模与仿真[J]. 郭豪,李宝慧,赵树忠. 机械工程与自动化. 2018(02)
[5]蔬菜自动移栽技术研究现状与分析[J]. 何亚凯,颜华,崔巍,陈科,韩振浩,包春林. 农业工程. 2018(03)
[6]基于PSO优化算法的模糊PID励磁控制器设计[J]. 王镇道,张乐,彭子舜. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(08)
[7]自动补苗装置精准定位自适应模糊PID控制[J]. 刘姣娣,曹卫彬,许洪振,田东洋,焦灏博,欧阳异能. 农业工程学报. 2017(09)
[8]穴盘苗全自动移栽机运动协调控制系统设计与移栽试验[J]. 魏新华,包盛,刘晓凯,刘成良,毛罕平. 农业机械学报. 2016(12)
[9]国内外蔬菜移栽机械发展现状[J]. 陈清,云建,陈永生,胡桧,高庆生. 蔬菜. 2016(08)
[10]基于ADAMS的钵苗移栽机械手设计及运动仿真[J]. 钟兴,王艳莉. 安徽农业科学. 2015(08)
硕士论文
[1]穴盘苗整排自动取苗机构控制系统设计研究[D]. 马锐.石河子大学 2018
[2]模糊控制在铀同位素分离中的应用[D]. 马相锋.兰州大学 2015
[3]电力系统广域模糊阻尼控制研究[D]. 孙琳.南京师范大学 2015
[4]基于CAN总线的电动执行机构控制器研究[D]. 魏磊.重庆大学 2014
[5]穴盘苗自动取苗机构控制系统研究[D]. 王侨.石河子大学 2013
[6]基于量子神经网络的PID参数控制研究[D]. 刘瑾.广东工业大学 2013
[7]挤压设备供料自控系统设计及玉米胚芽浸油挤压预处理的试验研究[D]. 王建鑫.河北农业大学 2011
本文编号：3595342
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