Научно-исследовательская работа “Исследование зависимости методов настройки ПИД-регулятора от конструкции робота-балансира”
Автор: Офлиди Аким Андреевич
Место работы/учебы: МБОУ СОШ №1, ст-ца Каневская, Краснодарский край, 10 класс
Научный руководитель: Колыхалов Алексей Анатольевич, педагог дополнительного образования
Аннотация
С развитием робототехники и автономных систем в современном мире, роботы-балансиры привлекают все большее внимание и становятся ключевой составляющей в сферах, таких как промышленность, развлечения и службы доставки. Эти устройства обладают уникальной способностью поддерживать вертикальное положение, что делает их весьма полезными и многофункциональными. Однако, для достижения высокой стабильности и эффективности балансирующих роботов необходимо уделить внимание их системам управления. Основой для успешной работы таких систем является ПИД-регулятор (пропорциональный-интегрально-дифференциальный регулятор), который позволяет контролировать движение робота и поддерживать его в равновесии. Но какие методы настройки ПИД-регулятора следует применять в зависимости от конструкции конкретного робота-балансира?
Цель данной научно-исследовательской работы заключается в исследовании зависимости методов настройки ПИД-регулятора от конструктивных особенностей робота-балансира. Мы стремимся определить, какие параметры и настройки ПИД-регулятора наиболее эффективны для различных типов балансирующих роботов.
Для достижения этой цели перед нами стоят следующие задачи:
- Проанализировать различные методы настройки ПИД-регулятора.
- Провести эксперименты на роботах-балансирах с разной конструкцией.
- Сравнить и оценить эффективность различных методов настройки ПИД-регулятора в зависимости от конструкции робота.
- Определить практическую значимость результатов исследования для разработчиков и инженеров в области робототехники.
Эта работа призвана помочь лучше понять важность выбора правильного метода настройки ПИД-регулятора для робота-балансира в зависимости от его конструкции и предоставить рекомендации, способствующие повышению эффективности и стабильности таких систем управления.
Структура научно-исследовательской работы включает в себя следующие разделы: введение, обзор литературы, методология исследования, эксперименты и результаты, обсуждение, заключение и список литературы.
Практическая значимость данной исследовательской работы заключается в том, что она может предоставить ценные рекомендации для инженеров, разрабатывающих балансирующих роботов. Правильный выбор метода настройки ПИД-регулятора с учетом конструктивных особенностей робота может привести к значительному улучшению его производительности и устойчивости в разнообразных условиях.
С учетом того, что балансирующие роботы имеют потенциальное применение в различных областях, включая промышленное производство, службы доставки и медицину, улучшение их функциональности имеет широкий практический интерес.
Таким образом, данная работа представляет собой важный вклад в развитие робототехники и автономных систем, а также способствует повышению эффективности и надежности балансирующих роботов, что, в свою очередь, может способствовать расширению областей их применения.
Следующие разделы данной работы подробно рассматривают обзор литературы, используемую методологию исследования, результаты экспериментов, обсуждение полученных данных и выводы. Все это в совокупности поможет лучше понять и оценить значимость методов настройки ПИД-регулятора в зависимости от конструкции робота-балансира и их влияние на его производительность.
Результаты
В ходе работы над проектом, была произведен поиск существующих роботов-балансиров в современной жизни, разработана конструкция робота-балансира, составлена его схема. Разработан алгоритм работы робота. Выполнено программирование в компьютерной среде. Проведены множество тестовых испытаний робота-балансира для нахождения оптимальных коэффициентов ПИД-регулятора в зависимости от конструкции и размера колес робота.
В результате проведенного научно-исследовательского анализа, посвященного исследованию зависимости методов настройки ПИД-регулятора от конструкции робота-балансира, было установлено, что параметры ПИД-регулятора тесно связаны с характеристиками самого робота. Особое внимание уделялось влиянию диаметра колес и высоты центра тяжести на значения коэффициентов пропорциональности (P), интегральности (I) и дифференцирования (D) ПИД-регулятора.
Исследования показали, что изменение диаметра колес робота-балансира оказывает существенное воздействие на требуемые значения коэффициентов ПИД-регулятора. Увеличение диаметра колес требует более активной коррекции, что проявляется в увеличении значения пропорционального коэффициента P. Это объясняется изменением момента инерции системы и необходимостью более быстрого отклонения для поддержания равновесия. Влияние высоты центра тяжести на значения коэффициентов ПИД-регулятора также подтверждено результатами исследования. При увеличении высоты центра тяжести робота требуется более точная и быстрая реакция для поддержания устойчивости, что приводит к увеличению значений всех трех коэффициентов P, I и D.
Таким образом, полученные данные говорят о том, что оптимальные значения коэффициентов ПИД-регулятора зависят от конкретных параметров конструкции робота-балансира. Разработка эффективных методов настройки ПИД-регулятора, учитывающих влияние диаметра колес и высоты центра тяжести, является важным шагом в обеспечении устойчивости и эффективности работы подобных роботов. Дальнейшие исследования могут быть направлены на разработку автоматизированных методов настройки, адаптирующихся к изменениям в конструкции робота для оптимизации его производительности в различных условиях.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте.
Дата публикации работы: 28.11.2023
Добавить комментарий