[发明专利]一种基于自适应模糊PID的发射机构速度控制方法

说明书

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于自适应模糊PID的发射机构速度控制方法，包括构建发射机构的数理模型，得到发射机构近似传递函数；设计发射机构模糊控制器，直流无刷电机根据模糊PID控制器的输出作用于发射机构，从而控制发射机构射出的弹丸速度。本发明由于发射子弹时电机的部分动能会转移到子弹上，会造成电机的短暂掉速，并且由于环境湿度会影响摩擦轮的摩擦系数，比如连续发射时摩擦轮温度升高，摩擦轮发生热膨胀导致摩擦系数改变，导致电机即使以恒定转速旋转也无法将子弹以恒定速度发射，现有技术中缺乏电机转速与子弹发射速度的稳定数学模型，而且普通PID控制会有发射机构射出的弹丸速度不稳定现象。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于自适应模糊PID的发射机构速度控制方法。

背景技术

移动机器人是机器人领域中具有移动机构的一个分支，应用领域广泛、适应性和目的性强，目前是机器人设计的一个主流。但是当前对于对抗机器人的研究较少，且一般的对抗机器人杀伤性较大，对于打击的精确性与稳定性有较高的要求，面对复杂的工作环境，非常容易出现伤及无辜或无法集中目标的情况。且自动瞄准系统在机器人控制、环境感知、视觉图像、精确打击等诸多领域都具有极高的科研价值。特别对于自动瞄准过程中存在的欠驱动、多耦合、非线性因素，如面对发射电机转速不均匀，摩擦轮材料热膨胀不稳定等复杂扰动和越来越高的射击稳定性和准确性要求下，传统PID控制很难达到令人满意的控制效果，所以开展先进控制理论的研究工作具有十分重要的意义。

本发明中的全向移动机器人的发射机构是两个由聚氨酯等材料包裹在电机外的摩擦轮构成的，通过摩擦轮的高速运转使得子弹发射出去。为了将物体以恒定的速度发射出去，要求两个摩擦轮电机以相同并且恒定的速度旋转，但由于发射子弹时电机的部分动能会转移到子弹上，会造成电机的短暂掉速，并且由于环境湿度会影响摩擦轮的摩擦系数，比如连续发射时摩擦轮温度升高，摩擦轮发生热膨胀导致摩擦系数改变，导致电机即使以恒定转速旋转也无法将子弹以恒定速度发射。因此，如何调节摩擦轮电机转速与弹丸初速度的非线性关系是目前本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

现有技术中问题：由于发射子弹时电机的部分动能会转移到子弹上，会造成电机的短暂掉速，并且由于环境湿度会影响摩擦轮的摩擦系数，比如连续发射时摩擦轮温度升高，摩擦轮发生热膨胀导致摩擦系数改变，导致电机即使以恒定转速旋转也无法将子弹以恒定速度发射，现有技术中缺乏电机转速与子弹发射速度的稳定数学模型，而且普通PID控制会有发射机构射出的弹丸速度不稳定现象。

本发明所采用的技术方案是：一种基于自适应模糊PID的发射机构速度控制方法包括以下步骤：

S1、构建发射机构的数理模型，得到发射机构近似传递函数；

进一步的，发射机构传递函数是通过计算摩擦轮转速与电压的传递函数与弹丸离开摩擦轮时速度与摩擦轮转速的传递函数的乘积得到。

进一步的，摩擦轮转速与电压的传递函数是通过电压平衡方程和力矩平衡方程进行机理建模得到的。

进一步的，电压平衡方程和力矩平衡方程为：

其中，M_a＝C_mφ·I_a，E_a＝C_eφ·I_a，C_mφ，C_eφ分别表示转矩电磁常数和电磁感应常数；U_a，E_a，I_a分别为电枢电压、电机电枢反电势和电流；R_a，L_a分别为电机的电枢绕组和电枢电感；M_a，M_L分别为电磁转矩和总负载转矩；J为转动惯量；ω为电机的角速度。

进一步的，摩擦轮转速与电压的传递函数公式为：