1.基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,具体步骤包括:步骤1:将俯仰机构的俯仰平台的中心位置和俯仰平台远离俯仰机构连接处的一端标记为关键位置,在关键位置上布置传感器,以采集俯仰机构的俯仰角度数据,并设定双缸的负载质量和摩擦系数;
步骤2:计算俯仰角度误差并将其作为模糊输入变量,设定模糊集合及对应的隶属函数,并创建模糊规则,使用模糊逻辑推理将输入变量转化为模糊输出,通过模糊规则,计算最终的模糊控制输出;
步骤3:初步设定PID控制器的参数,依据当前时刻的角度误差获取PID控制输出,再结合模糊控制输出与PID控制输出,获取总伸长量;
步骤4:建立双缸运动的动态模型,构建动态方程,使用数值方法对动态方程进行求解,通过比较动态模型的俯仰角度与实际数值,验证动态模型的可靠性,依据动态模型输出的俯仰角度,更新下一时刻的模糊控制输出和PID控制输出;
步骤5:对动态模型进行实验,获取不同负载和工况情况下的响应时间、超调量和俯仰角度误差的绝对值,并对响应时间、超调量和俯仰角度误差的绝对值进行标准化处理,基于标准化后的数据计算综合评估量,并将不同负载和工况情况下的综合评估量均值作为最终的综合评估量,以评估模糊控制和PID控制的性能。
2.根据权利要求1所述的基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,布置传感器和采集相关数据所依据的具体逻辑为:在俯仰机构的俯仰平台的中心位置安装陀螺仪传感器,并将陀螺仪与俯仰机构的旋转轴对齐,以采集俯仰角度数据,在俯仰平台远离俯仰机构连接处的一端布置加速度计,以采集俯仰机构的加速度数据;设定双缸负载质量为 ,摩擦系数为 , 为在没有控制输入的情况下,俯仰机构静态平衡时的伸长量。
3.根据权利要求2所述的基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,计算最终的模糊控制输出所依据的具体逻辑为:计算俯仰角度误差所依据的公式为:
;
其中,为俯仰角度误差,为目标俯仰角度,为实际俯仰角度;
设定模糊控制输出为双缸的伸长量 ,使用三角形隶属函数来定义俯仰角度的模糊集合,模糊集合包括负大、负小、零、正小、正大,设定俯仰角度误差的范围 ,单位为度,俯仰角度的模糊集合具体为:定义俯仰角度负大区间为 ,隶属函数表达式为:;
定义俯仰角度负小区间为 ,隶属函数表达式为:;
定义俯仰角度零区间为 ,隶属函数表达式为:;
定义俯仰角度正小区间为 ,隶属函数表达式为:;
定义俯仰角度正大区间为 ,隶属函数表达式为:;
其中, 分别为俯仰角度模糊集合负大、负小、零、正小、正大隶属函数表达式;
创建模糊规则所依据的具体逻辑为:
伸长量的模糊集合为负大、负小、零、正小、正大,每条规则将输入变量的模糊状态映射到输出变量的模糊状态,规则1:如果 为负大,则伸长量 为负大调整;规则2:如果 为负小,则伸长量 为负小调整;规则3:如果 为零,则伸长量 为零调整;规则4:如果 为正小,则伸长量 为正小调整;规则5:如果 为正大,则伸长量 为正大调整;
将采集到的俯仰角度转换为模糊值,使用最小值组合规则,得到每条规则的激活程度,将所有规则的输出集合聚合,形成一个综合模糊输出,通过质心法将模糊输出转换为伸长量。
4.根据权利要求3所述的基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,获取总伸长量所依据的具体逻辑为:初步设定PID控制器输出的最大值和比例增益 ,积分增益 ,微分增益,根据系统响应,通过Ziegler‑Nichols法进行参数调优,计算控制输出所依据的公式为:;
其中, 表示当前 时刻的控制输出, 表示当前 时刻的俯仰角度误差,分别为PID控制器的比例、积分和微分增益, 为摩擦力;
获取摩擦力所依据的公式为:
;
其中,为重力加速度;
获取总伸长量所依据的公式为:
;
其中, 为当前 时刻的总伸长量, 为当前 时刻的伸长量, 为PID控制器输出的最大值。
5.根据权利要求4所述的基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,建立双缸运动的动态模型所依据的具体逻辑为:获取俯仰机构的线速度所依据的公式为:
;
其中,为俯仰机构的线速度,为从加速度计中读取的加速度数据;
根据牛顿第二定律构建动态方程,所依据的公式为:;
其中, 为当前 时刻的俯仰角度, 为当前 时刻俯仰机构的线速度;
设置每10 为一个控制周期,使用数值方法对动态方程进行求解,计算俯仰角度在不同时间点的值,比较双缸动态模型的模拟数值与实际的俯仰角度数据,以验证双缸运动的动态模型的准确性,更新模糊控制和PID控制的输入,根据更新后的数据重新计算,重复步骤2‑3中模糊控制和PID控制器,以预测下一时刻模糊控制输出和PID控制的输出。
6.根据权利要求5所述的基于双缸协同运动的俯仰机构稳定控制方法,其特征在于,计算综合评估量所依据的具体逻辑为:响应时间定义为系统从开始响应到输出达到 目标值的时间,定义超调量为系统输出超过目标值的最大幅度与目标值的比率,所依据的公式为;
其中,为超调量, 为系统输出达到的最大俯仰角度;
对响应时间、超调量和俯仰角度误差的绝对值使用 标准化处理,根据标准化处理后的数值计算综合评估量,所依据的公式为:;
其中,为综合评估量, 为俯仰角度误差的绝对值,为响应时间, 为俯仰角度误差的绝对值的权重, 为响应时间的权重, 为超调量的权重, ,且;
将不同负载和工况情况下的综合评估量均值作为最终的综合评估量,并将最终的综合评估量与预设的阈值进行比较,若综合评估量均值低于预设的阈值,则继续执行当前策略,若综合评估量均值高于预设的阈值,则更新模糊控制和PID控制器,重新优化控制策略。