基于智能算法的轮式移动机器人控制系统优化设计

doi:10.11985/2015.12.004

电气工程学报 ›› 2015, Vol. 10 ›› Issue (12): 21-26.doi: 10.11985/2015.12.004

基于智能算法的轮式移动机器人控制系统优化设计

吴伟,张康康

沈阳工业大学电气工程学院沈阳 110870

收稿日期:2015-03-24 出版日期:2015-12-25 发布日期:2020-04-09
作者简介:张康康男 1986年生,硕士,硕究方向为电机及其控制。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51277156);国家自然科学基金资助项目(51307148)

Optimization Design of Wheeled Mobile Robot Control System Based on Intelligent Algorithm

Wei Wu,Kangkang Zhang

Shenyang University of Technology Shenyang 110870

Received:2015-03-24 Online:2015-12-25 Published:2020-04-09

摘要/Abstract

摘要：

以差速轮式移动机器人为研究对象,考虑负载转矩的情况下,为了实现高效精确控制机器人速度和转向的功能,建立了永磁无刷直流电机的数学模型,从电机转速控制出发,设计了基于粒子群算法和蚁群优化算法的PID控制器,自动调整PID参数。结果表明,基于粒子群算法设计的控制器,完全满足设计标准,具有良好的动态和稳态性能,同时证明了该智能优化控制策略的可行性、优越性。

关键词: 永磁无刷直流电机, 轮式移动机器人, 粒子群算法, 蚁群优化算法, PID控制

Abstract:

Taking the differential drive wheeled mobile robot as the research object, and considering the load torque. In order to achieve the high efficiency and precise control of the speed and steering of the robot, establish the mathematical model of the permanent magnet brushless DC motor and do from the motor speed control, PID controller based on particle swarm optimization algorithm and ant colony optimization is designed, which can adjust the PID parameters automatically. The results show that the controller based on particle swarm optimization algorithm completely meets the control design standards, and the system has a good dynamic and steady performance. It also proves the feasibility and superiority of the intelligent optimization control strategy.

Key words: Permanent magnet brushless DC motor, wheeled mobile robot, particle swarm optimization algorithm, ant colony optimization algorithm, PID controller

中图分类号:

TM315

吴伟,张康康. 基于智能算法的轮式移动机器人控制系统优化设计[J]. 电气工程学报, 2015, 10(12): 21-26.

Wei Wu,Kangkang Zhang. Optimization Design of Wheeled Mobile Robot Control System Based on Intelligent Algorithm[J]. Journal of Electrical Engineering, 2015, 10(12): 21-26.

图/表 11

图1

表1

表2

图4

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Tab.3

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图8

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参考文献 12

[1]	韩军, 常瑞丽 . 轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发[J]. 机械设计与制造, 2011(9):115-117.
	Han Jun, Chang Ruili . Design and research on motor driving system of wheeled mobile robot[J]. Machinery Design & Manufacture, 2011(9):115-117.
[2]	刘明, 宋弘 . 自适应模糊PID智能控制器在无刷直流电机速度控制系统中的应用[J]. 电机与控制应用, 2012,39(11):22-25.
	Liu ming, Song Hong . Application study in brushless DC motor speed control system based on intelligent controller of adaptive fuzzy PID[J]. Electric Machines & Control Application, 2012,39(11):22-25.
[3]	李鑫, 卢刚 . 基于模糊PID算法的轮式移动机器人驱动轮控制器设计[J]. 微特电机, 2011,39(11):57-59.
	Li Xin, Lu Gang . Controller design of wheeled robot wheel based on algorithm of fuzzy PID[J]. Small & Special Electrical Machines, 2011,39(11):57-59.
[4]	高峻姚, 陆际联 . 轮式机器人遗传模糊神经网络转向控制[J]. 北京理工大学学报, 2003(23):176-180.
	Gao Junyao, Lu Jilian . Teering control of wheeled mobile robot using GA fuzzy neural network[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2003(23):176-180.
[5]	Ramin Shamshiri . Design and simulation of control systems for a field survey mobile robot platform[J]. Research Journal of Applied Sciences Engineering & Technology, 2013,6(13):2307-2315.
[6]	Krishnan R. 永磁无刷直流电机技术[M]. 柴风译.北京: 机械工业出版社, 2012.
[7]	史峰, 王辉 . Matlab智能算法案例分析[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2011: 37-42.
[8]	Yun Li, Kiam Heong . PID control system analysis and design[J]. IEEE Control Systems Magazine, 2006(2):32-42.
[9]	谭建成 . 永磁无刷直流电机技术[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011.
[10]	Du Zhijiang . Kinematics/fuzzy logic combined controller for formation control of mobile robots[J]. Journal of Harbin Institute of Technology (New Series), 2013,20(44):121-127.
[11]	谭民, 王硕 . 机器人技术研究进展[J]. 自动化学报, 2013,39(7):963-970.
	Tan Min, Wang Shuo . Researchprogress on robotics[J]. Acta Automatica Sinica, 2013,39(7):963-970.
[12]	王国胜 . 四轮全向移动机器人的双闭环速度控制系统设计[J]. 装甲兵学院学报, 2013,27(1):59-64.
	Wang Guosheng . Design of double closed-loop velocity control system for four-wheel omnidirectional mobile robot[J]. Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2013,27(1):59-64.

参数	数值
定子相电阻Rs /Ω	0.7
各相自感L/mH	2.72
总转动惯量J/kg·m2	0.000 2
各相互感M/mH	1.5
电机极数Pn	4
转矩常数Kt /(N·m/A)	0.053 844
摩擦系数B1 /[N·m/(rad/s)]	0.002
感应电动势常数Kb /[V/(rad/s)]	0.512 8

名称	参数
蚂蚁数	300
迭代次数	25
α	0.8
β	0.2
蒸发率	0.7
下界	（0.01）.*ones（1,27）
上界	10.*ones（1,27）
每个节点的参数	10 000

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[1]	蒋正荣,黎佳慧,张智瑜. 高压除尘电源中的移相控制技术[J]. 电气工程学报, 2019, 14(1): 61-65.
[2]	鲁军,霍金彪. 基于RBF神经网络的电弧炉电极调节系统PID参数整定[J]. 电气工程学报, 2017, 12(4): 18-21.
[3]	徐从启,高瑞林,贾桂芝,王永谦,刘庆辉. 考虑分时电价电动汽车负荷的微电网优化调度[J]. 电气工程学报, 2017, 12(11): 12-20.
[4]	胡松涛,李旺. 弹载捷联式高精度稳定平台设计与研究[J]. 电气工程学报, 2015, 10(7): 78-81.
[5]	阮羚,黄华,全江涛,文习山,潘卓洪,李伟. 直流输电新型分布式接地极的优化设计[J]. 电气工程学报, 2015, 10(7): 63-70.