【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于屋面施工的，具体而言，涉及一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统及使用方法。
技术介绍
1、在工程建设中，近年来，外形美观、样式灵活的坡屋面形式日益受到人们的青睐，大家对屋面的要求也越来越高。
2、但混凝土屋面结构施工过程中混凝土成型差、密实性差引起的结构自防水性差，一直是建筑施工质量不可避免的通病。
3、主要由以下原因造成混凝土屋面结构质量缺陷：混凝土振捣，采用传统插入式震动棒振捣，振捣不全面、漏振，容易造成坡屋面板混凝土蜂窝、麻面，采用平板振动器，振捣过程无法控制表面收平、振捣成型效果差，容易形成坡屋面表面波浪不平形状。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统及使用方法，解决了采用传统插入式震动棒振捣，振捣不全面、漏振，容易造成坡屋面板混凝土蜂窝、麻面，采用平板振动器，振捣过程无法控制表面收平、振捣成型效果差，容易形成坡屋面表面波浪不平形状的问题。
2、鉴于上述问题，本专利技术提出的技术方案是：
3、本专利技术提供一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，包括pid控制器、数据库、规则库、高频振捣器、移动机构和仿真模块，所述pid控制器通过根据给定的输入值与实际的输出值之间的偏差，按照比例、积分、微分构成的线性组合来获得控制量，并根据控制量输出控制信号至被控制对象；
4、所述数据库用于给振捣控制系统提供数据信息；
5、所述规则库是基于控制量的模糊化而得到的
6、所述高频振捣器用于对屋面混凝土进行振捣工作；
7、所述移动机构用于控制所述高频振捣器进行位移，包括底盘、左万向轮和右万向轮；
8、所述仿真模块使用simulink进行仿真和分析，用于评估控制器的性能，根据实际情况进行优化，包括模糊pid控制单元、移动控制单元、振捣机械臂控制单元和数据采集单元。
9、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述规则库的规则数据包括比例p、积分i和微分d，比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd，其中，比例系数kp决定响应的速度，积分系数ki用于克服静态误差，微分系数kd用于克服振动。
10、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述pid控制器还包括被控制对象，被控对象为所述高频振捣器和所述移动机构，通过对期望值和实际输出的误差值分别进行比例、积分和微分的操作，最后求和便得到了控制率，传入传递函数进而对被控制对象进行控制，用公式表示误差为：
11、；
12、控制输入的公式如下：
13、；
14、其中，为导数。
15、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述模糊pid控制单元基于模糊pid算法对所述高频振捣器和所述移动机构进行控制；
16、所述移动控制单元用于接收所述模糊pid控制单元的指令，控制所述移动机构进行位移；
17、所述振捣机械臂控制单元用于控制所述高频振捣器及其机械臂移动，进行振捣工作；
18、所述数据采集单元用于对高频振捣器机械臂的位移量进行采集，对所述移动机构的万向轮的转速和转动角度进行采集。
19、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述模糊pid控制单元对高频振捣器机械臂的控制步骤如下：
20、a1，获取机械臂的使用状态信息，获得跟踪误差，基于机械臂的使用状态和误差建立数学模型；
21、a2，控制各关节的动作，通过数据采集单元采集机械臂的动作轨迹；
22、a3，将跟踪误差输入预先构建的基于模糊pid控制单元中，输出对应的控制信号，并构建模糊pid控制器模型，并基于控制信号对机械臂进行实时控制。
23、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤a3中，基于模糊pid控制单元的构建具体方式为：确定机械臂的跟踪误差变量，并基于跟踪误差变量确定复合误差项，基于复合误差项确定机械臂内在未知动力学函数，利用simulink对机械臂内在未知动力学函数进行仿真模拟，基于仿真模型得出的权值信息进行模拟pid控制单元的构建；
24、其中，跟踪误差变量包括机械臂各关节电机的控制电信号、机械臂转动的角度、位移以及速度。
25、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述数据采集单元对所述移动机构上万向轮的电机进行转速的采集，所述左万向轮和所述右万向轮的电机转速分别为w1和w2，半径为r，左右万向轮之间的距离为l，则有如下运动方程：
26、；
27、；
28、其中，v为万向轮的运动的速度，运动速度为匀速度值或平均速度值，q为广义的速度；
29、任意时刻的转弯半径为：
30、；
31、当w1=w2时，ρ为无穷大，即机器人做直线运动，当w1＞w2时，机器人右转，当w1＜w2时，机器人左转，基于所述移动机构的移动规则通过所述模糊pid控制单元对所述移动机构的移动进行模糊推算，并进行运动约束。
32、另一方面，一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统的使用方法，包括以下步骤：
33、s1，建立系统模型，使用simulink中的模块建立被控对象的模型；
34、s2，设计模糊pid控制单元和神经网络，使用simulink中的模糊逻辑控制器模块和神经网络模块来实现模糊pid控制单元和神经网络的设计；
35、s3，结合模糊pid控制单元和神经网络，使用simulink将模糊pid控制单元和神经网络结合起来，将模糊输出变量传输到神经网络控制器中，通过训练数据自适应地调整权值；
36、s4，调整控制系统参数，根据实际情况，需要对控制系统的参数进行调整，通过simulink中的参数设置模块来实现这一步骤；
37、s5，仿真和分析，使用simulink进行仿真和分析，评估控制系统的性能，根据实际情况进行优化；
38、s6，根据优化的控制数据，通过控制系统控制振捣器的机械臂和移动机构对屋面混凝土进行稳定的振捣工作和位置移动。
39、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤s2中，模糊pid控制单元的设计需要将输入变量和输出变量转化为模糊集合，然后设定规则，用来描述输入变量和输出变量之间的关系，最后根据实际情况进行优化；
40、神经网络模块的设计需要确定神经网络的输入变量和输出变量，然后根据训练数据自适应地调整权值。
41、相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：
42、本专利技术利用pid和simulink建立振捣器和移动机构的模型，通过对振捣器和移动机构的动作采集进行仿真处理，并评估仿真工作的性能，根据不同的屋面混凝土情况对振捣器和移动机构的工作进行优化，再控制振捣器和移动机构对屋面混凝土进行稳定的振捣工作，节省计算资源，进一步提高系统的整体控制性能和运动精度，使其对屋面振捣工作的振捣效果更好。
43、上述说明仅是本专利技术技术方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，包括PID控制器、数据库、规则库、高频振捣器、移动机构和仿真模块，所述PID控制器通过根据给定的输入值与实际的输出值之间的偏差，按照比例、积分、微分构成的线性组合来获得控制量，并根据控制量输出控制信号至被控制对象；
2.根据权利要求1所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述规则库的规则数据包括比例P、积分I和微分D，比例系数KP、积分系数KI和微分系数KD，其中，比例系数KP决定响应的速度，积分系数KI用于克服静态误差，微分系数KD用于克服振动。
3.根据权利要求2所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述PID控制器还包括被控制对象，被控对象为所述高频振捣器和所述移动机构，通过对期望值和实际输出的误差值分别进行比例、积分和微分的操作，最后求和便得到了控制率，传入传递函数进而对被控制对象进行控制，用公式表示误差为：
4.根据权利要求1所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述模糊PID控制单元基于模糊PID算法对所述高频振捣器和
5.根据权利要求4所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述模糊PID控制单元对高频振捣器机械臂的控制步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述步骤a3中，基于模糊PID控制单元的构建具体方式为：确定机械臂的跟踪误差变量，并基于跟踪误差变量确定复合误差项，基于复合误差项确定机械臂内在未知动力学函数，利用Simulink对机械臂内在未知动力学函数进行仿真模拟，基于仿真模型得出的权值信息进行模拟PID控制单元的构建；
7.根据权利要求4所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述数据采集单元对所述移动机构上万向轮的电机进行转速的采集，所述左万向轮和所述右万向轮的电机转速分别为W1和W2，半径为R，左右万向轮之间的距离为L，则有如下运动方程：
8.一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统的使用方法，应用于权利要求1~7中任一项所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种基于PID的屋面混凝土振捣控制系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S2中，模糊PID控制单元的设计需要将输入变量和输出变量转化为模糊集合，然后设定规则，用来描述输入变量和输出变量之间的关系，最后根据实际情况进行优化；
...【技术特征摘要】
1.一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，包括pid控制器、数据库、规则库、高频振捣器、移动机构和仿真模块，所述pid控制器通过根据给定的输入值与实际的输出值之间的偏差，按照比例、积分、微分构成的线性组合来获得控制量，并根据控制量输出控制信号至被控制对象；
2.根据权利要求1所述的一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述规则库的规则数据包括比例p、积分i和微分d，比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd，其中，比例系数kp决定响应的速度，积分系数ki用于克服静态误差，微分系数kd用于克服振动。
3.根据权利要求2所述的一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述pid控制器还包括被控制对象，被控对象为所述高频振捣器和所述移动机构，通过对期望值和实际输出的误差值分别进行比例、积分和微分的操作，最后求和便得到了控制率，传入传递函数进而对被控制对象进行控制，用公式表示误差为：
4.根据权利要求1所述的一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，所述模糊pid控制单元基于模糊pid算法对所述高频振捣器和所述移动机构进行控制；
5.根据权利要求4所述的一种基于pid的屋面混凝土振捣控制系统，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜韵丘，白健，刘高峰，洪磊，张颖，杨勇军，马万军，
申请(专利权)人：中国建筑第二工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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