基于单片机的教育机器人的设计

序对测试转速和设定转速进行差值计算得到输出值，用于配置PWM的输出，控制电机转速。主程序和定时器TO中断处理流程图如图4所示。

图4 主程序和定时器TO中断处理流程图

　　4.1 模糊PID参数自整定控制器原理

　　PID参数模糊自整定是找出PID中3个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊控制原理来对3个参数进行在线修改，以满足不同e和ec对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动稳态性能。从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面来考虑，Kp，Ki，Kd的作用如下：Kp的作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度；Ki用于消除系统的稳态误差；Kd改善系统的动态性能。图5是PID控制器设计结构原理图。

图5 PID控制器设计结构原理图

　　由PID各个参数对系统的影响得到：

　　（1）当误差|e|较大时，说明误差的绝对值较大，不论误差的变化趋势如何，都应该考虑控制器的Kp取较大值，以提高响应的快速性；而为防止因为|ec|瞬时过大，kd应该取较小的值；为控制超调，ki也应该取值很小。

　　（2）当误差|e|在中等大小时，为保证系统的相应速度并控制超调，应减小Kp，Ki值应增大，Kd应适中。

　　（3）当误差|e|较小时，为保证系统具有良好的稳态特性，应加大Kp、Ki的取值，同时为避免产生振荡，Kd的取值应该和|ec|联系起来。

　　教育机器人属于典型的非线性、时变、模型不确定复杂系统。在实际中，机器人行驶道路有直道、大弯道、“S”型小弯道。利用教育机器人在相同的路况下其特性基本不变，可分别确定这3种道路参数下的最佳PID参数。其核心思想是把控制周期内的机器人状态视为不变，只要控制周期较短，就可实现很好的控制效果。在机器人实际的行使中，每10ms进行1次控制，可满足要求。

　　4.2 PID参数设定

　　模糊PID控制根据系统运行的不同状态，考虑Kp、Ki、Kd三者的关联，根据工程经验并依据各参数的作用，通过大量的测试获得本系统对应路况下的PID参数，实验数据如下：

　　（1）在直道上系统取kp=3，Ki=5，kd=0，测试环境为一条长度5 m的长直道；

　　（2）在大弯道上系统取kp=10，Ki=1，kd=1，测试环境为直道进入一个半径为100 cm的3／4圆；

　　（3）在“S”型小弯道上系统取kp=7，Ki=4，kd=3，测试环境为3个90度圆弧构成的"S"型小弯道。

　　5 结束语

　　用STC12C5A60S2单片机配合红外光电阵列检测模块对直流电机执行参数自整定模糊PID控制器，解决了直流电机在巡航过程中产生抖动前进的控制问题，使得教育机器人在行走的过程中更平稳，且控制方法简单、实用。

参考文献:

[1].MAX810datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/MAX810_1019165.html.
[2].LM7805datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/LM7805_843721.html.
[3].L298Ndatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/L298N_442931.html.