基于STC12C5A60S2的教育機器人的設計與實現

4．1 模糊PID參數自整定控制器原理
PID參數模糊自整定是找出PID中3個參數與e和ec之間的模糊關系，在運行中通過不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理來對3個參數進行在線修改，以滿足不同e和ec對控制參數的不同要求，而使被控對象有良好的動穩態性能。從系統的穩定性、響應速度、超調量和穩態精度等方面來考慮，Kp，Ki，Kd的作用如下：Kp的作用是加快系統的響應速度，提高系統的調節精度；Ki用于消除系統的穩態誤差；Kd改善系統的動態性能。圖5是PID控制器設計結構原理圖。

由PID各個參數對系統的影響得到：
(1)當誤差|e|較大時，說明誤差的絕對值較大，不論誤差的變化趨勢如何，都應該考慮控制器的Kp取較大值，以提高響應的快速性；而為防止因為|ec|瞬時過大，kd應該取較小的值；為控制超調，ki也應該取值很小。
(2)當誤差|e|在中等大小時，為保證系統的相應速度并控制超調，應減小Kp，Ki值應增大，Kd應適中。
(3)當誤差|e|較小時，為保證系統具有良好的穩態特性，應加大Kp、Ki的取值，同時為避免產生振蕩，Kd的取值應該和|ec|聯系起來。
教育機器人屬于典型的非線性、時變、模型不確定復雜系統。在實際中，機器人行駛道路有直道、大彎道、“S”型小彎道。利用教育機器人在相同的路況下其特性基本不變，可分別確定這3種道路參數下的最佳PID參數。其核心思想是把控制周期內的機器人狀態視為不變，只要控制周期較短，就可實現很好的控制效果。在機器人實際的行使中，每10ms進行1次控制，可滿足要求。
4．2 PID參數設定
模糊PID控制根據系統運行的不同狀態，考慮Kp、Ki、Kd三者的關聯，根據工程經驗并依據各參數的作用，通過大量的測試獲得本系統對應路況下的PID參數，實驗數據如下：
(1)在直道上系統取kp=3，Ki=5，kd=0，測試環境為一條長度5 m的長直道；
(2)在大彎道上系統取kp=10，Ki=1，kd=1，測試環境為直道進入一個半徑為100 cm的3／4圓；
(3)在“S”型小彎道上系統取kp=7，Ki=4，kd=3，測試環境為3個90度圓弧構成的S型小彎道。

5 結束語
用STC12C5A60S2單片機配合紅外光電陣列檢測模塊對直流電機執行參數自整定模糊PID控制器，解決了直流電機在巡航過程中產生抖動前進的控制問題，使得教育機器人在行走的過程中更平穩，且控制方法簡單、實用。