基于模糊PID的足式机器人单腿电液伺服控制器设计与实验

摘要

四足仿生机器人由于自身的运动灵活，环境适应能力强等优点，被广泛应用于军事行动、地理探险等领域。为了实现四足机器人的高负载，高动态性能，越来越多的科学工作者将功率密度比高、响应速度快、抗负载刚度大的液压驱动作为主要的驱动方式。
　　单腿系统是高性能液压驱动四足机器人的基础，本文对单腿实验平台控制系统的搭建以及单腿电液伺服控制的问题进行了研究，设计了模糊PID控制器，并进行了仿真及实验验证。主要内容如下：
　　介绍单腿平台的机械结构和液压驱动系统，根据单腿运动性能的要求以及单腿结构和液压系统的特点，设计了以NI-PXI为硬件控制平台的单腿电液伺服控制系统，并对控制系统中各元件进行标定等前期工作。使用LabVIEW编写了单腿实验平台的主控制程序，为后续实验提供基础。
　　对单腿系统中的阀控非对称缸单元进行了数学建模与分析，得到了阀控液压缸位置伺服控制系统和力伺服控制系统的传递函数，为后续仿真工作提供系统模型。同时指出模型的局限性，与实际模型存在一定差距。
　　针对电液伺服控制系统中的时滞、非线性等不确定因素，设计了模糊PID控制器，并将其用于仿真实验研究，仿真结果证明模糊PID控制优于普通PID。
　　通过单缸和单腿电液伺服控制实验，证明了电液伺服控制系统设计的合理性以及模糊PID控制器的有效性，满足项目控制要求。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容及章节安排

2 单腿电液伺服控制系统设计

2.1 引言

2.2 单腿实验平台构成

2.3 控制系统硬件设计

2.4 控制系统软件设计

2.5 本章小结

3 阀控非对称缸系统建模与分析

3.1 引言

3.2 阀控非对称缸系统组成

3.3 阀控非对称缸控制系统建模

3.4 系统非线性分析

3.5 本章小结

4 模糊PID控制器设计及仿真

4.1 引言

4.2 PID控制算法

4.3 模糊控制算法

4.4 模糊PID控制器设计

4.5 系统仿真研究

4.6 本章小结

5 实验设计与分析

5.1 引言

5.2 单缸伺服控制实验

5.3 单腿伺服控制实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

致谢

参考文献