设计基于PID控制器的信息收集机器人在农业领域

Poonam M Baikar

PG学生(电子),电子称,Terna工程学院,Nerul,印度孟买。

文摘

这个项目提出了一种设计的PID算法对农业机器人驾驶汽车。这种方法已经被证明与MATLAB仿真结果。这种位置控制可以使用自适应算法改进。这个项目还描述了使用PWM方法实现PID。机器人原型可以快速移动控制器。基于这项研究,机器人的移动速度的准确性可以进一步改进,如人工神经网络和遗传算法的使用精确的速度控制。在MATLAB-Simulink PID仿真的结果表明,PID算法给出了相当的精度定位相比,传统的运动控制算法。

我的介绍。

这个项目的目标是实现PID算法在农业机器人。本文涵盖了可能的技术可以用来增加在农业领域的精度。使用先进的单片机可以实现所需的算法来提高农业的过程。

在微电子技术进步导致的概念的出现位置控制的数字PID控制算法的实现。在这个项目中PID算法实现了直流电机控制。这种机制将使用Matlab-Simulink模拟计算性能eavaluation PID参数。

使用PID控制器已在其他领域实现增加过程控制的精度和响应时间。现实世界中接口的精密机器人不同模拟传感器可以提高使用高分辨率A / D转换器。

介绍了PID算法

双向运动控制可以通过使用一个h桥电路和脉冲宽度调制(PWM)从单片机改变速度。几个设计挑战包括防止射穿,实现一个缓冲电路,以及开放和闭环PID等控制机制。

的组合比例、积分和微分操作可以以不同的方式完成。所谓的理想或路径的形式,描述的PID控制器传递函数如下:

一个¯害怕害怕一个½¯½p比例增益,害怕害怕一个¯½¯一个一个½¯害怕害怕一个½¯½是积分时间常数,害怕和¯½¯一个害怕一个½¯害怕害怕一个½¯½是微分时间常数。如果采用数字PID控制器的实现,那么以往被视为控制律discretised。考虑一个PID控制器的连续时间表达式在理想形式:

Δt和定义一个采样时间。离散时间控制律就变成:

数字技术的应用范围

在这个项目中PID算法实现了电动机控制得到更好的定位。数字农业是数字地球的重要组成部分,也是一个技术可以帮助实现农业的现代化。总之,数字农业的定义是精准农业(PA),包括信息收集、信息处理。信息收集技术是精准农业的第一步,所以它是必要的和重要的研究开发一种方法获取农田信息具有更高的精度。字段信息的数据包括土壤特性如含水量、天气信息,等。传统的字段信息收集方法收集样本,分析了在实验室有一些缺点,如成本高,低速度。本研究关注的新方法来设计一个机器人可以通过无线通信技术完成信息收集任务。到目前为止,有一些机器人解决农业信息收集任务,但是在印度,这样的研究工作还不常见,很少是为农民开发的机器人。所以移动遥控机器人农田信息的收集研究,在本文中,机器人的框架和PID控制器的功能设计,然后实现算法的仿真discussed.”

LITERAURATURE调查

脉冲宽度调制(PWM)是一个过程变化信号的脉冲宽度,同时保持频率/周期不变。结果是一个信号,可能是换了高更长或更短的时间比转低。当一个PWM电路以这种方式改变脉冲宽度,它是改变的责任周期信号,即脉冲宽度的比值时间总段。图显示了脉冲宽度调制信号的两个例子。

PWM与h桥

一个h桥电路由四个晶体管(通常是两个PMOS和两个NMOS)。将效率最大化,晶体管驱动电压高于单片机。一个典型的h桥电路与下一节中描述的逻辑扩展电路。

脉宽调制是一种简单的方式来改变电动机的电压。大多数微控制器都有专用的PWM硬件,但是输出比较定时器也可以生成一个PWM信号。PWM的作品迅速打开和关闭电机。例如,如果电机供应12 v,电机可以在6 v驱动采用50%的工作周期,一半时间12 v,一半时间0 v。

在使用PWM很简单,它引入了一个名为射穿的问题发生在电流直接从电源到地面时,晶体管被调包。

PWM电机控制中的应用

直流电机在不同速度的机器人能够根据当前的画。马达的驱动力是由电流产生的磁场的相互作用虽然在电枢绕组和永磁体定子。力的大小造成的这种交互变化作为绕组中电流的变化,从而调节电机的速度。

PWM信号也可以用来改变电动机转速。如前所述,PWM信号的平均电压和电流可以调整通过修改的责任周期信号。当电流通过电动机使用PWM信号不同,最终的结果是一样的,当修改当前使用电阻;导致汽车慢下来。

一个PWM信号有两个优势,控制电机转速。首先,因为它开启或关闭电动机,它不浪费电阻的功率耗散。第二,卸下汽车通常有一个近似线性测速的关系。

模拟和分析

这是全球公认的方法来模拟该系统体系结构在实现它之前,预计类似的结果的设计系统。分析电动机特点我们已经建立了直流电机模型的帮助下基本的数学方程。直流电机模型可以描述如下:

呈现上述电路的方程可以计算电压降穿过所有的电路元件。

实现以上方程,仿真软件我们不需要微分算子。因此采取的积分方程EqA¢害怕一个(3)和EqA¢害怕一个(4)。

以上模拟直流电机模型后,我们得到了以下的结果记录并提出了比较研究。

C。模拟PID控制器

之前实现PID控制回路电机控制应用程序,我们需要调整根据我们希望控制系统PID参数。模拟PID回路之前我们需要推导出直流电机的传递函数要使用。

D。电机的传递函数

惯性矩(IA)= 2.2 * 10−4公斤。m²回EMF常量(KA²)= 18.2 * 10−3 V / rad / s

使用此传递函数为MATLAB仿真得到以下结果

硬件实现

PID算法的硬件实现是使用C8051F380单片机执行。这是开发板与JTAG调试适配器C8051F380DK硅实验室。在这个开发板的帮助下我们可以测试之前的所有模块集成。这种方法是用来避免修正在修订最终董事会和节省时间。单片机为控制器选择板有以下特点。设计算法测试和模拟使用Silabs IDE C8051F38x-DK使用我们的软件上实现。所有的测试例程可以用这种板进行测试而发展阶段。

答:PID算法编码

系统架构

建议的机制主要包括单片机即单片机C8051F380被选中时,8051高性能核心和集成功能,如PWM, ADC计时器,可以通过凯尔C程序软件。系统包括电机、电机驱动、编码器和不同传感器像土壤水分传感器、温度传感器、湿度传感器、光传感器。

正如上面所示的图C8051F380将控制农业机器人的功能所需的所有任务。速度控制驾驶汽车将使用脉宽调制原理。对位置反馈编码器使用闭环控制。所有获得的数据可以使用射频收发器发送到主机控制器,并保持记录。

电机驱动部分:

电机驱动部分由光耦合器将隔离低电平控制信号从高电压电源部分。驱动单发动机三个控制信号需要牧师,前轮驱动和PWM。

结论和未来的工作

的设计PID算法对农业机器人驾驶汽车会增加在定位精度。这种位置控制可以使用自适应算法改进。这个方案的信息收集机器人将改善使用无线技术来收集所有捕获的数据。这个改进包括射频通信模块。

在这个项目中,主控制器的一种新的字段信息收集机器人设计。机器人原型可以快速移动控制器。基于这项研究,机器人的移动速度的准确性可以进一步改进,如人工神经网络和遗传算法的使用精确的速度控制。在MATLAB-Simulink PID仿真的结果表明,PID算法给出了相当的精度定位相比,传统的运动控制算法。

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