基于STC12C5A60S2的教育机器人的设计与实现

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。

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。