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基于双前馈-改进串级PID的设施蔬菜表型信息采集稳衡云台设计与试验
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作者 于海业 张楠 +4 位作者 潘智浩 付含冰 张晨曦 姜然哲 张蕾 《农业机械学报》 北大核心 2026年第1期30-40,共11页
针对设施蔬菜表型信息采集过程中,由于地形不平整产生3~6 Hz振动造成采集装置出现高频小角度倾斜、动态响应滞后,进而导致采集图像分辨率下降等问题,设计了基于重力补偿角加速度双前馈改进串级PID复合控制系统的适用设施表型采集装置的... 针对设施蔬菜表型信息采集过程中,由于地形不平整产生3~6 Hz振动造成采集装置出现高频小角度倾斜、动态响应滞后,进而导致采集图像分辨率下降等问题,设计了基于重力补偿角加速度双前馈改进串级PID复合控制系统的适用设施表型采集装置的稳衡云台。硬件上,针对30 cm窄行距与多源传感器搭载需求,设计300 mm×280 mm×250 mm单臂稳衡云台,整机仅5 kg,最大负载能力达15 kg。集成X Y Z轴重心滑轨,将负载重心偏差控制在±5 mm,由此引起的重力矩波动小于0.5 N·m。控制策略上,通过线性拟合构建重力补偿前馈模型(R^(2)=0.9912),以抵消重力矩干扰。提出内环速度环叠加外环位置环的改进串级PID,引入积分分离、积分限幅及误差过零复位机制,解决传统PID小角度调整积分饱和问题,稳态误差控制在0.1°以内。融合载体与云台双IMU角加速度前馈,抵消采集车2~3 m/s^(2)启停/转向带来的惯性扰动。运行效果验证试验表明,复合控制使系统阶跃响应时间缩短80%且全程无超调。采集车以0.5 m/s行驶时,云台三轴角度围绕目标值小幅度振荡,其中横滚轴角度±0.5°、俯仰轴角度±0.3°、航向轴角度±0.2°,满足设施蔬菜表型采集对姿态稳定性的要求。 展开更多
关键词 设施蔬菜 表型信息 稳衡云台 双前馈 串级PID
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