番茄钵苗整排取苗手定位的模糊PID控制

来源：农业工程学报杂志2020年第8期北京时间：

作者：任玲,王宁,曹卫彬,李江全,叶星晨,

摘要：为解决自动移栽机作业过程中由于机械手定位误差导致的抓取失败、伤苗及漏苗问题，实现整排取苗机械手准确快速定位，该文采用模糊PID控制算法实现自动取苗机械手的步进定位控制。根据整排取苗试验平台分析了机械手水平和竖直方向的定位精度需求，以两相混合式步进电机为对象建立步进电机角速度控制模型，设计模糊规则，建立模糊PID控制器，通过对误差及误差变化率的在线修正，来满足不同误差和误差变化率情况下的控制要求。应用MATLAB/Simulink进行系统仿真，从超调量、响应时间和稳定性指标验证了控制方法的可行性；以单位阶跃信号作为激励，分析PID和模糊PID的控制效果，结果表明：通过固定参数PID仿真分析，获得系统最优PID参数为KP=20，KI=0.2，KD=1，达到稳态所需的时间为0.285 s。在此参数下，模糊PID控制达到稳态所需时间为0.25 s，响应速度优于固定参数PID控制，系统无超调。固定参数PID和模糊PID控制加入扰动后的控制效果分析表明，模糊PID控制系统超调量为40%，达到稳态所需时间为1.34 s，均明显小于固定参数PID控制43%和1.45 s，表明模糊PID在具有扰动的环境中控制效果明显优于固定参数PID控制，步进电机系统快速响应，控制稳定。系统试验结果，模糊PID控制算法的最大误差为2.8 mm，定位平均相对误差为0.81%，定位准确度高，可以满足机械手水平定位精度要求。

关键词：农业机械, 控制, 定位, 模糊PID, 钵苗, 整排取苗