移動(dòng)機器人運動(dòng)控制的模糊邏輯系統設計

發(fā)布時(shí)間:2010-8-6 15:50    發(fā)布者:lavida
經(jīng)典控制理論對于解決線(xiàn)性定常系統的控制問(wèn)題是很有效的,然而,對于非線(xiàn)性時(shí)變系統卻難以奏效。隨著(zhù)計算機的應用和發(fā)展,自動(dòng)控制理論取得了飛躍性的發(fā)展;跔顟B(tài)變量描述的現代控制理論對于解決線(xiàn)性或非線(xiàn)性、定;驎r(shí)變的多輸入與多輸出系統的控制問(wèn)題,已獲得了廣泛和成功的應用。但是,無(wú)論采用經(jīng)典控制理論還是現代控制理論的控制系統,都需要事先知道被控對象(或過(guò)程)的精確數學(xué)模型,然后根據數學(xué)模型以及給定的性能指標,來(lái)選擇適當的控制規律,來(lái)進(jìn)行控制系統設計。然而,在許多情況下,被控對象的精確數學(xué)模型很難建立,這樣,對于這類(lèi)對象或過(guò)程就很難進(jìn)行自動(dòng)控制。  

事實(shí)上,對于復雜的、多因素影響的生產(chǎn)過(guò)程,即使不知道該過(guò)程的數學(xué)模型,有經(jīng)驗的操作人員也能根據長(cháng)期的觀(guān)察和操作經(jīng)驗進(jìn)行有效地控制,而采用傳統的自動(dòng)控制方法的效果則并不理想。然而,能否把人的操作經(jīng)驗總結為若干條控制規則,并設計一個(gè)裝置去執行這些規則,從而對系統進(jìn)行有效的控制?模糊控制理論和方法便由此而生。  

1 模糊控制原理  

模糊邏輯控制系統可用來(lái)代替經(jīng)典控制系統或與經(jīng)典控制系統一起來(lái)控制機器人。通過(guò)應用模糊邏輯,機器人可以變得更獨特、更具有智能和更加有用。本文根據模糊控制理論為移動(dòng)機器人的運動(dòng)控制設計一個(gè)模糊邏輯系統。以使移動(dòng)機器人能根據地形坡度和地形類(lèi)別來(lái)自主的調節自身的運動(dòng)速度,從而完成機器人運動(dòng)的自動(dòng)控制。  

2 移動(dòng)機器人的模糊邏輯控制器設計  

2.1 確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量  

根據本設計的目的,為使移動(dòng)機器人能根據地形的坡度和地形的類(lèi)別自主地調節自身的運動(dòng)速度,本系統可設計為雙輸入單輸出系統,將地形坡度和地形的類(lèi)別作為兩個(gè)輸入,而將移動(dòng)機器人的運動(dòng)速度作為控制輸出。

2.2 模糊化  

模糊化是將輸入和輸出值轉換為其隸屬度函數的過(guò)程。模糊化的結果是一組如圖2所示的圖形,它描述了不同模糊變量中不同值的隸屬度。為了定義模糊地形坡度、模糊地形類(lèi)別和模糊運動(dòng)速度的變量,這里將期望的地形坡度范圍固定在-45°~+45°,并劃分成五個(gè)隸屬度函數,分別是“負大”、“負”、“水平”、“正”、“正大”。小于-45°的坡度一概看作“負大”,而大于+45°則被認定為“正大”。類(lèi)似的,地形類(lèi)別也劃分成四個(gè)隸屬度函數,分別是“很粗糙”、 “粗糙”、“平緩”、“平坦”。其中所有粗糙程度大于100%的都被認定為“很粗糙”。而輸出的移動(dòng)機器人的運動(dòng)速度(在0~20英里/小時(shí)之間)則被分成“很慢”、“慢”、“中”、“快”、“很快”。  

根據輸入變量和輸出變量的模糊化(其中地形坡度和地形類(lèi)別為輸入變量;速度為輸出變量),便可為每個(gè)隸屬度函數選擇其他域,并對其進(jìn)行不同的劃分,以確定隸屬度函數交疊的不同區域,然后設置非對稱(chēng)的隸屬度函數。

2.3 規則庫的形成  

由于地形坡度有五個(gè)隸屬度函數,地形類(lèi)別有四個(gè)隸屬度函數,這樣,總共就會(huì )有5×4=20條規則,根據整個(gè)設計過(guò)程的系統性能要求和設計者的經(jīng)驗,該模型將形成含有20條規則的規則庫,具體如下:  

規則1:if(地形坡度is LP) and(地形類(lèi)別is VR)then(速度is VS)  
規則2:if(地形坡度is LP)and(地形類(lèi)別is R)then(速度is S)  
規則3:if(地形坡度is LP)and(地形類(lèi)別is Mo)then(速度is Me)  
規則4:if(地形坡度is LP)and(地形類(lèi)別is S)then(速度is Me)  
規則5:if(地形坡度is P)and(地形類(lèi)別is VR)then(速度is VS)  
規則6:if(地形坡度is P)and(地形類(lèi)別is R)then(速度is S)  
規則7:if(地形坡度is P)and(地形類(lèi)別isMo)then(速度is Me)  
規則8:if(地形坡度is P)and(地形類(lèi)別is S)then(速度is F)  
規則9:if(地形坡度is L)and(地形類(lèi)別isVR)then(速度is S)  
規則10:if(地形坡度is L)and(地形類(lèi)別is R)then(速度is Me)  
規則11:if(地形坡度is L)and(地形類(lèi)別is Mo)then(速度is F)  
規則12:if(地形坡度is L)and(地形類(lèi)別is S)then(速度is VF)  
規則13:if(地形坡度is N)and(地形類(lèi)別is VR)then(速度is Vs)  
規則14:if(地形坡度is N)and(地形類(lèi)別is R)then(速度is S)  
規則15:if(地形坡度is N)and(地形類(lèi)別is Mo)then(速度is Me)  
規則16:if(地形坡度is N)and(地形類(lèi)別is S)then(速度is F)  
規則17:if (地形坡度is LN)and(地形類(lèi)別is VR)then(速度is VS)  
規則18:if(地形坡度is LN)and(地形類(lèi)別is R)then(速度is VS)  
規則19:if(地形坡度is LN)and(地形類(lèi)別is Mo)then(速度is s)  
規則20:if(地形坡度is LN)and(地形類(lèi)別is S)then(速度is Me)  

3 清晰化  

清晰化是將模糊輸出值轉換為可供實(shí)際應用的等效清晰值的過(guò)程。即對模糊規則進(jìn)行匹配并計算相應的數值,從而得到一個(gè)與不同輸出模糊集隸屬度函數值相關(guān)的數。清晰化的方法有很多種,兩種常用的主要方法是:centroid面積中心法(又稱(chēng)重心法)和Mamdani(馬丹尼)推理法。
  
3.1 centroid面積中心法  

centroid面積中心法主要計算隸屬度函數所包圍區域的重心。對于連續論域,若U是某一變量u在論域U的模糊集合,則去模糊化的結果為:

3.2 Mamdani(馬丹尼)推理法  

該方法中,每個(gè)集合的隸屬度函數將在相應的隸屬度值上被截去頂端,并將得到的所有隸屬度函數作為“或”函數加在一起。即將每一個(gè)重復的區域作為一層相互疊加在一起,其結果將是一個(gè)代表所有區域的新區域。新區域的重心將等價(jià)于輸出。  

本文中的清晰化主要采用centroid面積中心法。也就是采用MATLAB模糊邏輯工具箱的解模糊化函數defuzz,該函數的功能為執行輸出去模糊化,其格式為:  

output=defuzz(x,mf,type)  

其中:參數x是變量的論域范圍;mf為待去模糊化的模糊集合;type為清晰化方法,本文主要采用centroid面積中心法。  

4 模糊邏輯控制器的仿真  

一般情況下,為模糊系統設計的規則必須通過(guò)仿真才能保證其對所有的輸人值都能產(chǎn)生滿(mǎn)意的結果,這一般可通過(guò)模糊邏輯程序來(lái)實(shí)現。程序通過(guò)運行模糊推理機來(lái)計算所有可能輸入產(chǎn)生的輸出,并作出輸出值的圖形來(lái)對模糊控制系統進(jìn)行仿真。通過(guò)該圖即可審核規則和隸屬度函數是否匹配。  

5 結束語(yǔ)  

本文針對不同路面條件下移動(dòng)機器人運動(dòng)控制的實(shí)際問(wèn)題提出了一種解決方法。該方法把模糊邏輯推理應用到移動(dòng)機器人的行為控制中,并將地形坡度和地形類(lèi)別作為控制器的輸入,而機器人的速度作為控制系統的輸出,從而實(shí)現了對移動(dòng)機器人的行為控制。通過(guò)模糊邏輯控制器的仿真結果證明:該模糊控制算法在移動(dòng)機器人運動(dòng)控制中能表現出良好的魯棒性和實(shí)時(shí)性。近年來(lái),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、模糊控制等理論的研究和應用有了很大的發(fā)展,進(jìn)一步了解學(xué)習和應用這些理論將是下一步的目標。
本文地址:http://selenalain.com/thread-19904-1-1.html     【打印本頁(yè)】

本站部分文章為轉載或網(wǎng)友發(fā)布,目的在于傳遞和分享信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責;文章版權歸原作者及原出處所有,如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題,我們將根據著(zhù)作權人的要求,第一時(shí)間更正或刪除。
您需要登錄后才可以發(fā)表評論 登錄 | 立即注冊

相關(guān)視頻

關(guān)于我們  -  服務(wù)條款  -  使用指南  -  站點(diǎn)地圖  -  友情鏈接  -  聯(lián)系我們
電子工程網(wǎng) © 版權所有   京ICP備16069177號 | 京公網(wǎng)安備11010502021702
快速回復 返回頂部 返回列表
午夜高清国产拍精品福利|亚洲色精品88色婷婷七月丁香|91久久精品无码一区|99久久国语露脸精品|动漫卡通亚洲综合专区48页