Mobile Robot Motion Control System

Abstract

В данном исследовании представлен инновационный подход к созданию и внедрению каскадных систем управления, включающих в себя как пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД), так и пропорционально-интегральный (ПИ) регуляторы, предназначенных для синхронизированного контроля скорости вращения и токового режима якоря в двигателях постоянного тока. Для нахождения оптимальных параметров регуляторов применяется метод Циглера-Николса, обеспечивающий стабильность системы управления. Каскадная архитектура управления, основанная на разделении контуров регулирования, демонстрирует высокую эффективность благодаря устранению конфликтов между задачами управления скоростью и током. Этот подход значительно улучшает производительность и надёжность работы двигателя. Для оценки предлагаемой системы управления используется программное обеспечение, работающее в режиме реального времени и обеспечивающее связь между персональным компьютером и Arduino Mega через последовательный интерфейс. Модель двигателя постоянного тока разрабатывается в среде Simulink, а каскадный ПИД-ПИ регулятор реализуется на Arduino Mega. Интеграция модели двигателя с Arduino Mega осуществляется посредством последовательной связи, обеспечивая тем самым эффективное взаимодействие между программным и аппаратным обеспечением. This study presents an innovative approach to the creation and implementation of cascade control systems, including both proportional-integral-differential (PID) and proportional-integral (PI) controllers, designed for synchronized control of the rotation speed and current mode of the armature in direct current motors. To find the optimal parameters of controllers, the Ziegler-Nichols method is used, which ensures the stability of the control system. The cascade control architecture based on control loop separation demonstrates high efficiency by eliminating conflicts between speed and current control tasks. This approach significantly improves engine performance and reliability. To evaluate the proposed control system, real-time software is used to provide communication between the personal computer and the Arduino Mega via a serial interface. The direct current motor model is developed in the Simulink environment, and the cascade PID-PI controller is implemented on the Arduino Mega. The integration of the motor model with the Arduino Mega is done through serial communication, thereby ensuring efficient interaction between software and hardware.