自动控制课程设计---基于MANUTEC机器人手臂PID控制的研究

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1、基于基于 MANUTECMANUTEC 机器人手臂机器人手臂 PIDPID 控制的研究控制的研究 摘要：现代电子技术日新月异，许多单一重复的工作逐渐都由机器取代了人。机 械臂就是其中的一个例子，现就此问题研究有关基本 PID 控制以及智能 PID 控 制的联系与区别，完成自动控制的课程设计。 关键词：机械臂 PID 控制 智能 PID 参数整定 Abstract：As the development of modern electronic technology, many simple and repeated works which were done by people are grad

2、ually replaced by robots. Robotic arm is an example of which is now on this issue to study the links and differences between the basic PID control and intelligent PID control, complete automatic control of curriculum design. Key words：Robotic arm PID control intelligent PID control Parameter tuning

3、MANUTEC 机器人具有很大的惯性和较长的手臂，其实物图如下图所示。 （研究 问题来源：自动控制原理课本 P237 6-8） 机械臂的动力特性可以表示为：机械臂的动力特性可以表示为： 45)40)(s2)(s(s 250 (s)0G s 要求：采用不同的方法，使得系统的阶跃响应超调量小于要求：采用不同的方法，使得系统的阶跃响应超调量小于 20%20%，上升时间小于，上升时间小于 0.5S0.5S，调节时间小于，调节时间小于 1.2S1.2S（误差取（误差取 2%2%）. . 原系统模型建立： 、原系统模型建立： 、 R R（s s） C(s)C(s) 利用利用 matlabmatlab 进行

4、时域以及频域的分析：进行时域以及频域的分析： a a时域分析时域分析 系统闭环传递函数为系统闭环传递函数为 25045)40)(s(s）2（s 250 ）s（ s 也即也即 2503600197087 250 ）s（ 234 SSSS MMatlabatlab 文本如下：文本如下： num=250;den=1 87 1970 3600 250; sys=tf(num,den); p=roots(den) t=0:0.01:100; step(sys,t);grid xlabel(t);ylabel(C(t);title(step response) 参考资料见自动控制原理课本参考资料见自动控制

5、原理课本 G0（s） 最终得到的闭环特征根为：最终得到的闭环特征根为： S S1=1=- -44.974044.9740 S2=S2=- -40.033140.0331 S3=S3=- -1.92071.9207 S4=S4=- -0.07230.0723； 即证明系统稳定。即证明系统稳定。 其阶跃响应为：其阶跃响应为： 在在 matlabmatlab 所得图中右键可得：调节时间所得图中右键可得：调节时间7s.54ts，超调量，超调量0%，上升时间，上升时间 4s.30t r 显然原系统是无法达到要求的！ ！显然原系统是无法达到要求的！ ！ 下面介绍用下面介绍用 simulinksimulin

6、k 仿真得到的时域响应仿真得到的时域响应 方框图：方框图： 示波器观察到的时域响应波形：示波器观察到的时域响应波形： 得到的相应曲线与直接用得到的相应曲线与直接用 matlabmatlab 编程得到的结果是一致的。编程得到的结果是一致的。 简单的比较简单的比较 matlabmatlab 编程求解与用编程求解与用 matlabmatlab 工具包工具包 simulinksimulink 仿真的优劣仿真的优劣 简单（传递函数比较简单）的单位负反馈系统，由于计算简便，所以可以直接用简单（传递函数比较简单）的单位负反馈系统，由于计算简便，所以可以直接用 matlabmatlab 基础编程实现，而且可以显示超调量，调节时间以及上升时间。基础编程实现，而且可以显示超调量，调节时间以及上升时间。 对于比较复杂，计算量很大，有多个方块，特别是反馈网路中有方块的系统，若对于比