一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法技术

一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，属于计算机控制技术领域，包括如下步骤：S1、采集出球电机的期望速度与实际速度的误差e(t)和误差变化率Δe(t)；S2、根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；S3、建立模糊PID控制器并计算出需要调节的输出量；S4、制定发球机的出球方式。本发明专利技术为乒乓球发球机提供了一种控制出球电机转速的策略，可以有效解决出球电机在出球时，乒乓球球体对出球电机的转速影响，从而提升了发球机发球落点的精度。升了发球机发球落点的精度。升了发球机发球落点的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法


[0001]本专利技术属于计算机控制
，具体涉及一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法。

技术介绍

[0002]随着电子技术和控制理论的快速发展，智能机器同时也得到了蓬勃发展，智能机器在发展的同时，对于智能机器的控制精度需求也越来越高，本课题研究挤出式乒乓球发球机的出球方式，传统的挤出式发球机出球电机大多为开环控制，存在发球落点位置不精准，用户选择发球方式时，可选择性过少的问题，少部分挤出式发球机采用的是为闭环控制，闭环控制大多采用为传统的PID算法，传统的PID算法一定程度上解决了乒乓球发球机对于发球落点的精度问题以及用户选择发球方式时，可选择性过少的问题。但对于需要在进一步提升控制精度需求时，传统PID控制显然已经满足不了需求。

技术实现思路

[0003]为了解决上述存在的问题，本专利技术提出：一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，包括如下步骤：
[0004]S1、采集出球电机的期望速度与实际速度的误差e(t)和误差变化率Δe(t)；
[0005]S2、根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；
[0006]S3、建立模糊PID控制器并计算出需要调节的输出量；
[0007]S4、制定发球机的出球方式。
[0008]本专利技术的有益效果为：
[0009]1.本专利技术为乒乓球发球机提供了一种控制出球电机转速的策略。可以有效解决出球电机在出球时，乒乓球球体对出球电机的转速影响，从而提升了发球机发球落点的精度。
[0010]2.模糊PID控制在运行中不断检测e(t)和Δe(t)，根据模糊控制原理，来对比例控制参数Kp、微分控制参数Ki、积分控制参数Kd进行在线修改以满足e(t)和Δe(t)对控制参数的不同需求，从而使被控对象相较于传统PID控制具有良好的动、静性能，使出球电机的转速控制更加的稳定与可靠。
[0011]3.模糊PID控制器相较于传统PID控制器具有更好的鲁棒性，响应时间更短，精准度也得到了提高。
[0012]4.在制定模糊规则时，根据对应的实用场景，从而有效制定出了应对对应场景的模糊规则。继而整个控制系统拥有较强的抗干扰性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术流程示意图；
[0014]图2为发球机出球口俯视图；
[0015]图3为系统控制原理图；
[0016]图4为e(t)的三角隶属度函数图；
[0017]图5为发球机上下旋球空间情景图1；
[0018]图6为发球机上下旋球空间情景图2；
[0019]图7为发球机上下旋球空间情景图3。
具体实施方式
[0020]一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，包括如下步骤：
[0021]如图1所示。主要是通过在最短的时间内精准的控制出球电机旋转速度。继而在精准控制转速的基础上，通过调控两个发球电机在空间中的方位，以及两个发球电机的转速比例，如图2所示，控制乒乓球发球机的出球方式，以及出球落点。
[0022]本实施例是通过以下技术方案来实现的，如图3所示。基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，包括以下步骤：
[0023]S1、采集出球电机的期望速度与实际速度的误差e(t)和误差变化率Δe(t)；
[0024]S2、根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；
[0025]S3、建立模糊PID控制器并计算出需要调节的输出量；
[0026]S4、制定发球机的出球方式；
[0027]S1：包括实时检测出球电机的误差变化量e(t)及误差变化率Δe(t)；
[0028]S1.1采集期望发球电机转速与实际发球电机转速的偏差e(t)；
[0029]e(t)＝y(t)
‑
u(t)
ꢀꢀ
(1)
[0030]其中e(t)为出球电机期望输出转速与编码器检测出的实际转速偏差，y(t)为期望输出转速，u(t)为实际输出转速，t为时间系数，最后得出e(t)变化范围为
‑
287～+287；
[0031]S1.2采集期望发球电机转速与实际发球电机转速的偏差变换率Δe(t)；
[0032][0033]其中Δe(t)为，期望发球电机输出转速与编码器检测出的实际转速偏差e(t)，在对其进行求导，从而得到误差变换率Δe(t)，最后得出e(t)变化范围为
‑
250～+250；
[0034]S2.1根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；
[0035]由步骤S1.1可得误差变化量e(t)的范围为
‑
287～+287，误差变化率Δe(t)范围为
‑
250～+250；
[0036]定义出球电机误差变化量e(t)和误差变化率Δe(t)的模糊子集均为{负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]，并定义发球电机的误差变化量e(t)的模糊集对应的论域为{
‑
287,
‑
117,
‑
60,0,60,117,287}；定义发球电机的误差变化率Δe(t)的模糊集对应的论域为{
‑
250,
‑
150,
‑
40,0,40,150,250}；将采集到的发球电机误差变化量e(t)和发球电机的误差变化率Δe(t)数据分别映射至论域的相对位置；
[0037]S2.2确定隶属度函数；
[0038]采用三角隶属函数作为输入量隶属度函数；如图4所示。
[0039]误差变化量e(t)三角隶属函数解析表达式如下：
[0040][0041][0042][0043][0044][0045][0046][0047]误差变化率Δe(t)的三角隶属函数解析表达式同理下面就不在赘述。通过上述的运算可以得到对应的e(t)及Δe(t)的隶属度。
[0048]S2.3建立模糊化规则表；
[0049]当误差变化量e(t)较大时，应增大Kp,提高系统的响应速度同时减小Kd，降低e(t)突然变大引起微分过饱和产生的误差，此时需要将Ki设置为0。
[0050]当误差变化量e(t)和误差变化率Δe(t)适中时，可以通过降低Kp从而降低系统超调，同时怎加系统响应速度，此时可以设置Kp，Ki为适中值。
[0051]当误差变化量e(t)很小时，为提高控制系统的稳定程度，可以适当增大Kp和Ki，此时应当适当选取Kd值，降低系统因震荡引起的误差。
[0052]根据以上规律结合发球机实际场景制定模糊规则，如下；
[0053]Kp,Ki,Kd模糊规则
[0054]比例控制参数Kp的模糊规则如下：
[0055][0056]积分控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集出球电机的期望速度与实际速度的误差e(t)和误差变化率Δe(t)；S2、根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；S3、建立模糊PID控制器并计算出需要调节的输出量；S4、制定发球机的出球方式。2.如权利要求1所述的基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，实时检测出球电机的误差变化量e(t)及误差变化率Δe(t)，包括如下步骤：S1.1采集期望发球电机转速与实际发球电机转速的偏差e(t)；e(t)＝y(t)
‑
u(t)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中e(t)为出球电机期望输出转速与编码器检测出的实际转速偏差，y(t)为期望输出转速，u(t)为实际输出转速，t为时间系数，最后得出e(t)变化范围为
‑
287～+287；S1.2采集期望发球电机转速与实际发球电机转速的偏差变换率Δe(t)；其中Δe(t)为期望发球电机输出转速与编码器检测出的实际转速偏差e(t)，在对其进行求导，从而得到误差变换率Δe(t)，最后得出e(t)变化范围为
‑
250～+250。3.如权利要求2所述的基于模糊自适应PID的乒乓球发球机出球方式控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，包括如下步骤：S2.1根据系统选择隶属度函数，选择模糊推理方式，制定模糊规则表；由步骤S1.1可得误差变化量e(t)的范围为
‑
287～+287，误差变化率Δe(t)范围为
‑
250～+250；定义出球电机误差变化量e(t)和误差变化率Δe(t)的模糊子集均为{负大[NB]、负中[NM]、负小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]，并定义发球电机的误差变化量e(t)的模糊集对应的论域为{
‑
287,
‑
117,
‑
60,0,60,117,287}；定义发球电机的误差变化率Δe(t)的模糊集对应的论域为{
‑
250,
‑
150,
‑
40,0...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪语哲，唐宇龙，曹钢，段晓东，付猛，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：