轮式移动机器人行走的模糊比例积分控制方法

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn第42卷第1期西安交通大学学报Vo1．42No12008年1月JOURNALOFXIANJIAOTONGUNIVERSITYJan．2008轮式移动机器人行走的模糊比例积分控制方法李德军，张小栋，王云霞(西安交通大学机械工程学院，710049，西安)摘要：为了提高移动机器人行走的自适应能力，提出了一种将模糊算法和比例积分相结合的模糊比例积分控制算法，并应用到自主开发的四轮移动机器人上．在双电机转速跟随实验中，根据输入转速差进行比例积分(PI)控制律的运算，采用PI控制器的输出来调节电机1的直流电机脉冲宽度调制占空比的大小，从而最终实

2、现电机1与电机2的转速满足相应的协调关系，并由此对移动机器人行走行为的不协调性进行及时纠正．研究表明，电机1的转速能够快速跟随电机2转速的变化，从而证实了该算法具有良好的自适应性和鲁棒性．关键词：移动机器人；模糊比例积分；转速中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：0253—987X(2O08)01—0126—03Fuzzy-PIBasedMovingControlMethodforMobileRobotwitheelsLIDejun，ZHANGXiaodong，WANGYunxia(SchoolofMechanicalEngineering，XiaNJiaotongUniversity

3、，XiaN710049，China)目前，轮式移动机器人得到了广泛的应用，而其中心的距离．行走协调性的优劣直接关系到机器人性能的好坏．为了使移动机器人的为预期的值，驱动轮3、常规比例积分微分(PID)在控制移动机器人行走方4的角速度必须满足以下关系式面具备一定的稳定性和控制精度，但不能适应变化／一(+RcosO)／(Rcos0一)(6)的路况．因此，利用模糊技术进行PID控制的自整式中：O33为驱动轮3的角速度；co4为驱动轮4的角定的方法既可提高PID控制的适应能力，又保留了速度；d为驱动轮的间距．PID控制的优良特性，并满足了相应机器人行走的要求¨．1运动学模型分析四轮移动机器人的运动简图

4、如图1所示_2]，它的运动学方程为xk+l—Xk+vksink一1，2，3，⋯，；r／(1)抖1一Yk+vkcos~(2)1R一去L(1+cos0)／sin0k(3)图1移动机器人运动简图1一Ok+Y／R(4)抖1一+Ok(5)2行走协调控制系统设计式中：、Y分别为机器人质心的横坐标和纵坐标；为质心的速度；为速度与横坐标的夹角；0为万向2．1控制原理分析轮与驱动轮速度的瞬时夹角；R为万向轮2距回转四轮移动机器人的差速方式为电子差速，即2收稿日期：2007—04—03．作者简介：李德军(1980--)，男，硕士}张小栋(联系人)，男，副教授．转载中国科技论文在线第1期李德军，等：轮式移动机器人行

5、走的模糊比例积分控制方法http://www.paper.edu.cn个驱动后轮由各自独立的电机驱动，其电机转速协1，2，3，4，5，6}．本文采用三角形隶属度函数来实现调控制系统结构[2]如图2所示．移动机器人的电机E到E的映射．转速协调控制系统由运动关系设定模块、模糊推理模糊PI控制器通过获取的固定采样次数的上器和比例积分(PI)控制器组成．运动关系设定模块限偏差和下限偏差，来挖掘相应的偏差变化率及偏设定电机1与电机2的转速关系，模糊推理器根据差信息，即每当移动机器人的控制器对2个电机的偏差及其变化率的大小来调整PI控制器的控制参采样次数达到10次后，控制器便对保存的2个电机数(比例系数K

6、积分系数Ki)，PI控制器则根据偏的转速差数组元素进行排序，根据数组中最大元素差e来调整用以调节电机1转速的脉冲宽度调制S一和最小元素S的数值，来发现包含在其中的转(PWM)波的占空比．速差及其变化率的规律．2．2．2模糊推理L5模糊推理是根据S一、s血的模糊推理器模糊集合元素的对应关系来确定适当的PI控制器参数的整定模式．制定的模糊控制规则如表1所示．因此，本文设计的模糊PI控制器可根据移动机器人的行走环境及自身参数的不同，利用模糊控制规则电机转速传感器选用不同的PI控制器参数类别，从而实现特定环境图2移动机器人的电机转速协调控制系统下的行走要求．模糊PI控制器的工作原理为：控制器根据反馈表

7、1模糊控制规则的电机1转速及运动关系模块输出的参考值计算出e，模糊推理器根据e及其变化率来进行PI控制器负大负中负小负零正零正小正中正大的KK的整定．参数经模糊整定后的PI控制器正大IIIIIIIIIIⅡIVV对输入e进行PI控制律的运算，其输出用以调节电正中IIIIIIIIIIIⅥ0O机1的直流电机脉冲宽度调制(PWM)占空比的大正小IIIIⅥIⅥI10000小，从而最终实现电机1与电机2的转速