CN111290264A - 一种可喷洒洗衣液机器人的pid控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，包括以下步骤：设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液；获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。且还公开了一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置。相比于传统技术，本发明设计合理，具有良好的智能控制效果，能够精准控制机器人喷洒洗衣液的量，避免洗衣液过量使用造成的浪费，且有效提升了用户使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，尤其是一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法及装置。
背景技术
随着社会生活的不断发展，越来越多的智能化设备进行人们视野，这其中较为典型的是机器人，由于机器人具有良好的智能化控制功能且能够高效替代人类做事，已经逐渐成为人们家居领域的选择。目前，在市面上的家居机器人领域中，具体到机器人喷洒洗衣液的控制，一般运用的都是常规位式控制方法，即主要是通过获取反馈传感器的实际值与目标值的差值来进行判断，当差值小于等于0时，则关闭对控制对象的控制开关，而当差值大于0时，则打开对控制对象的控制开关，其本质上一种只有两种状态的二位式控制方法，在实际中的应用场景较为受限，无法满足用户的使用需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法及装置，能够精准控制机器人喷洒洗衣液的量，避免洗衣液过量使用造成的浪费，且有效提升了用户使用体验。
为了弥补现有技术的不足，本发明实施例采用的技术方案是：
一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，包括以下步骤：
设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，对PID控制的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，所述PID控制的输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项，所述Kp、Ki和Kd为执行参数；
获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：通过设置PID控制的初始执行参数和目标值，可以方便比较了解机器人的实际喷洒效果，进而通过获取机器人在PID控制下的反馈值，可以获取到初始PID控制下的机器人的喷洒量误差，从而可根据该误差进一步地调节机器人喷洒量，达到精准控制机器人喷洒洗衣液量的目的。因此，本发明设计合理，具有良好的智能控制效果，能够精准控制机器人喷洒洗衣液的量，避免洗衣液过量使用造成的浪费，且有效提升了用户使用体验。
进一步地，所述待洗衣物的反馈值采用液位传感器获取。
进一步地，所述Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间。
进一步地，还包括步骤：
获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置，包括：
PID控制单元，能够设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，所述PID控制单元的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，该输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项；
反馈单元，能够获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
调节单元，能够根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
进一步地，包括：所述Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间。
进一步地，还包括速度控制单元，所述速度控制单元用于获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。
图1是本发明实施例的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法的控制输出示意图；
图3是本发明实施例的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置的结构示意框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
参照图1，本发明实施例的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，包括以下步骤：
S1、设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，对PID控制的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，所述PID控制的输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项，所述Kp、Ki和Kd为执行参数；
S2、获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
S3、根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
在本实施例中，通过设置PID控制的初始执行参数和目标值，可以方便比较了解机器人的实际喷洒效果，进而通过获取机器人在PID控制下的反馈值，可以获取到初始PID控制下的机器人的喷洒量误差，从而可根据该误差进一步地调节机器人喷洒量，达到精准控制机器人喷洒洗衣液量的目的。因此，本发明设计合理，具有良好的智能控制效果，能够精准控制机器人喷洒洗衣液的量，避免洗衣液过量使用造成的浪费，且有效提升了用户使用体验。
具体地，参照图2，该PID控制输出是离散型的，其中的比例控制项是按比例参数Kp来反应喷洒工作过程中喷洒数量的偏差的，比例调节可以立即产生调节作用来减少偏差，比如喷洒速度过慢，通过增大比例可以加速调节，减少误差。
其中的积分控制项能够使喷洒工作过程中消除稳态误差，由于有误差存在，积分控制项才会有效，因此，直至无误差的时候，则积分控制项调节停止。
其中的微分控制项具有产生超前控制的作用，在偏差出现前能够消除偏差，改善机器人喷洒的动态性能，也可以减少因比例控制项过大而产生的超调，减少喷洒的调节时间，可见，由于微分控制项能够反应喷洒偏差信号的变化率，因此具有预见性。
在实际控制过程中，为了使机器人喷洒洗衣液工作过程在较理想的时间内喷洒出目标数量，需要调整确定选用恰当的PID参数来满足工作需求。
一般而言，若机器人的喷洒速度很快，喷洒的数量过冲很大，可以考虑为比例控制项过大从而导致未达到喷洒数量目标，使得加量比例过高，同样地，若微分控制项的参数过小，则容易导致对喷洒数量的反应不敏感；若喷洒数量过少达不到目标值，考虑比例控制项参数过小导致喷洒比例不够；若微分控制项的参数过小，则容易导致对洗衣液数量偏差的补偿不足。
并且，根据发明人的经验，所述的执行参数Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间，能够针对机器人实行更加稳定可靠的PID控制，从而改善输出偏差值。
更进一步地，在采集待洗衣物时，可通过液位传感器来实时获取其液位值，从而可方便地获取其反馈值，较为方便可靠。
更进一步地，发明人基于PID控制还设计了步骤：
获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
具体地，通过获取机器人的实时速度，可以了解其与PID控制当前执行参数的关系，也就能够通过调整执行参数来实现调节机器人的运动速度，可见，该控制方式使得机器人的速度更加可控。
参照图3，本发明的实施例所提供的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置，包括：
PID控制单元100，能够设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，所述PID控制单元的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，该输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项；
反馈单元200，能够获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
调节单元300，能够根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
具体地，通过PID控制单元100、反馈单元200和调节单元300的配合，具有良好的智能控制效果，能够精准控制机器人喷洒洗衣液的量，避免洗衣液过量使用造成的浪费，且有效提升了用户使用体验。
进一步地，包括：所述Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间。
进一步地，还包括速度控制单元，所述速度控制单元用于获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，对PID控制的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，所述PID控制的输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项，所述Kp、Ki和Kd为执行参数；
获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
2.根据权利要求1所述的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，其特征在于：所述待洗衣物的反馈值采用液位传感器获取。
3.根据权利要求1所述的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，其特征在于：所述Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制方法，其特征在于，还包括步骤：
获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
5.一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置，其特征在于，包括：
PID控制单元，能够设定PID控制的执行参数和目标值并驱动机器人向待洗衣物喷洒对应量的洗衣液，其中，所述PID控制单元的输出Mn采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，该输出为：
Mn＝Kp*[e(t)-e(t-1)]+Ki*e(t)+Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]
其中，e(t)为控制偏差项，Kp*[e(t)-e(t-1)]为比例控制项，Ki*e(t)为积分控制项，Kd*[e(t)-2*e(t-1)+e(t-1)]为微分控制项；
反馈单元，能够获取待洗衣物的液位反馈值并计算与所述PID控制的目标值之间的偏差值；
调节单元，能够根据所述偏差值得到所述PID控制的输出值并对应调整所述PID控制的执行参数。
6.根据权利要求5所述的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置，其特征在于，包括：所述Kp、Ki和Kd的取值均处于0至15之间。
7.根据权利要求5所述的一种可喷洒洗衣液机器人的PID控制装置，其特征在于：还包括速度控制单元，所述速度控制单元用于获取所述机器人的实时运动速度并与所述PID控制的执行参数进行比较，从而确定机器人的运动速度与所述PID控制的执行参数之间的控制关系。
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