移动机器人模糊控制与模糊自适应PID控制.pdf

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1、第28卷第4期计算机仿真2011年4月文章编号：1006—9348(2011)04～0167—05移动机器人模糊控制与模糊自适应PID控制林俊，林凯，王苏卫，兰浩(湖南师范大学，湖南长沙410081)摘要：研究机器人路径规划问题，在移动机器人上配置超声波传感器，对返回的距离值进行信息融合．并将环境分为有障和无障两种模式。针对无障模式下模糊控制的路径振荡问题，为了克服振荡和减小超调，提出了有障模式下的模糊控制和无障模式下的模糊白适应PID控制方案。利用MATLAB建立了GUI移动机器人仿真平台。仿真结果表明，在非结构化未知环境下，可使系统响应速度加快，解决了振荡和超调问题，更好地

2、实现从起点到静态目标点的路径规划任务，可为设计提供可靠依据。关键词：移动机器人；模糊控制；自适应中圈分类号：TP242．6文献标识码：AControlofaMobileRobotBasedonFuzzyandFuzzyAdaptivePIDLINJun，LINKai，WANGSu—wei，LANHao(HunanNormalUniversity，ChangBhaHunan410081，China)ABSTRACT：Disposingtheultrasonicsensoronthemobilerobotandfusingtheinformationfromthemeasuredv

3、al-lie，thesystemdividestheenvironmentsintotwotypes：theobstaclemodeandthenon—obstaclemode．Inviewoftheoscillationproblemunderthelion—obstaclemodebasedonthefuzzycontrol，thispaperproposesthatthe矗I盈：ycon—trolisusedfortheobstaclemodeandthefuzzyadaptivePIDcontrolisusedforthenon—obstaclemode，andesta

4、bll—shesthesimulationplatformbasedOiltheMATLABGUI．Thesimulationresultsindicatethatthesystemhasquickresponsespe!edandstrongself—adaptiveability，andcar／realizesafetrackfromthebeginningtothestatictargetpointunderthenon—structuralunknowllenvironment．KEYWORDS：Mobilerobot；Fuzzycontrol；Serf—adaptiv

5、el引言在环境信息为多义、不完全或不准确的情况下，移动机器人采用传统的自动控制，除了难以精确地描述被控对象的数学模型外，控制精度也会受到很大的影响【l。2】。模糊控制无需建立数学模型，采用基于“模式—行为”的反应式控制方式，其拟人的分析与综合能力使得对于非线性、大延时的复杂系统具有很强的自适应控制能力，因而在机器人控制领域中得到了广泛应用口“1。PID原理简单，控制精度高，常被用于对机器人位姿环的控制。但因调节参数的相对固定而导致系统易产生超调现象”J。文献[6]对PID控制进行了改进，提出了的模糊自适应PID控制，通过模糊推理在线自整定KP、K。、Ko参数，不仅实现了精确控制

6、，而且使系统具有较好的自适应性和鲁棒性。基金项目：湖南省教育厅科学研究项目(06C．519)收穑It期：2010—02一lO修回日期：2010一04一13然而，由于模糊控制规则和隶属函数不易精确描述，移动机器人在作正对目标点的趋近行为时容易产生局部振荡路径。针对环境模式特点，本文提出了有障模式下的模糊控制和无障模式下的模糊自适应PID控制方案。有障模式下，系统根据人的驾驶经验制定模糊控制规则，通过在线推理出转弯量，并作用于移动机器人从而产生避障动作；无障模式下，系统采用模糊自适应PID控制对机器人航向角度进行控制，利用模糊推理对PID参数自整定，从而逼近目标点方向。仿真表明：该

7、方案使得系统在有障模式下具有较强的自适应性和鲁棒性，避障效果良好；无障模式下，系统相比于常规PID来说响应速度更快，在消除了角度超调的同时，也避免了模糊控制下的振荡现象。2移动机器人周围环境分类2．1障碍物距离信息融合系统采用6个超声波传感器(S0一s5)对环境进行检测，传感器的配置方案如图l所示。传感器安装在移动机器人一167—的前、侧面，侧面相邻传感器的角度为450。传感器So—S5的检测距离分别用d；(i-O一5)表示。实验可知，超声波传感器的有效测距范围为(20cm，500cm)，当