机器人PID控制技术的研究

论文摘要

机器人控制技术是国内外长期以来研究的一个领域,随着信息技术和控制技术的发展,以及机器人应用范围的扩大,机器人控制技术已经广泛应用于更多的控制场合中。本文对减重式下肢康复机器人和空中机器人这两个不同类型机器人系统的PID控制方法进行了详细介绍,包括两个机器人系统的开发、调试、试验等内容。通过分析实验数据和实验结果,评价了机器人PID控制在不同硬件条件下的方法和效果。在减重式下肢康复机器人部分,分析了特定的机器人系统控制要求,根据要求制定系统方案,包括硬件和软件设计方案。对具体实施步骤进行合理的规划,确定了机器人控制系统的软硬件设计方法和实现。介绍了机器人系统控制软件的结构,分析了在减重式下肢康复机器人系统中的机器人控制方法。在空中机器人部分,搭建了一架基于AP50自动驾驶仪的小型固定翼空中机器人系统。介绍了该空中机器人系统搭建过程中各种部件和模块的选型、测试、安装和调试过程。基于该空中机器人系统进行了自动驾驶飞行调整试验,对记录下来的飞行实验数据进行了分析,评价了各种因素对机器人系统的影响,总结出了一套针对AP50自动驾驶仪,切实可行的PID参数调试整定方法。本文最后,总结了本课题的研究的结果,分析了其中存在的不足,并对下一阶段的工作作了展望,提出了一些可行的研究方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外机器人的发展状况
• 1.3 机器人控制系统发展概况
• 1.4 课题的提出与本文的内容
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 本文的主要内容简述
• 1.5 小结
• 第2章 减重式下肢康复机器人
• 2.1 前言
• 2.2 设计目标
• 2.3 减重式下肢康复机器人控制系统规划
• 2.4 红外线键盘设计
• 2.4.1 遥控器的编码特征
• 2.4.2 红外线解码程序
• 2.5 液晶显示设计
• 2.5.1 液晶显示模块选型
• 2.5.2 接口电路
• 2.5.3 显示模块的指令集
• 2.5.4 模块的初始化
• 2.6 微控制器
• 2.6.1 微控制器选型
• 2.6.2 可编程数字I/O和数字交叉开关
• 2.6.3 片内存储器
• 2.6.4 可编程计数器阵列
• 2.6.5 JTAG调试和边界扫描
• 2.6.6 集成开发环境
• 2.7 伺服电机
• 2.7.1 伺服电机选型
• 2.7.2 编码器及鉴向电路
• 2.7.3 电机PID控制
• 2.7.4 PWM控制信号输出
• 2.7.5 PWM信号功率放大
• 2.7.6 电机驱动保护电路设计
• 2.8 实验结果及分析
• 2.9 小结
• 第3章 空中机器人系统
• 3.1 研究背景及意义
• 3.2 设计目标
• 3.3 飞机的结构和受力
• 3.3.1 固定翼飞机的结构
• 3.3.2 飞机的升力和阻力
• 3.3.3 影响升力和阻力的因素
• 3.4 固定翼飞机的飞行控制原理
• 3.4.1 遥控器
• 3.4.2 飞机俯仰控制
• 3.4.3 飞机的方向控制
• 3.4.4 飞机的横侧控制
• 3.5 飞行平台搭建
• 3.5.1 飞行器及舵机选型
• 3.5.2 发动机的选型
• 3.5.3 发动机的磨合和调整
• 3.6 AP50自动驾驶仪
• 3.6.1 驾驶仪简介
• 3.6.2 驾驶仪的安装
• 3.7 驾驶仪的PID控制
• 3.7.1 PID控制回路及控制律
• 3.7.2 飞行中的PID控制原理
• 3.8 小结
• 第4章 自动驾驶飞行调整试验
• 4.1 建立水平飞行基准
• 4.2 定速飞行调整试验
• 4.2.1 速度保持控制方式
• 4.2.2 飞行速度的比例控制
• 4.2.3 飞行速度的微分和积分控制
• 4.3 飞行高度保持调整试验
• 4.3.1 高度保持控制方式
• 4.3.2 飞行高度的比例控制
• 4.4 转弯和航线飞行调整试验
• 4.4.1 转弯调整试验
• 4.4.2 航线飞行试验
• 4.5 航空拍摄试验
• 4.6 小结
• 第5章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢