CN105093923A

CN105093923A - 一种基于模糊控制的足球机器人底层控制的方法

Info

Publication number: CN105093923A
Application number: CN201510355372.0A
Authority: CN
Inventors: 杨海霞; 黄红林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，具体步骤包括：(a)给定值比较；(b)模糊处理；(c)参数修正：把修正后的控制器输出作为直流电机的输入，从而调整足球机器人的位置与角度，达到控制的目的；(d)实时优化：再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。本发明通过模糊控制与常规PID控制的结合，弥补了两者各自的缺陷，控制精度高，控制效果好，控制规则简单，可以进行在线实时PID参数整定，可以明显减小位置与角度的方差，有效地提高过程***的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。

Description

一种基于模糊控制的足球机器人底层控制的方法

【技术领域】

本发明涉及足球机器人技术领域，特别是基于模糊控制的足球机器人底层控制方法的技术领域。

【背景技术】

足球机器人是一个集环境感知、动态决策和行为控制于一体的综合***。诚如上一节仿真的结果来看，在足球机器人的实际比赛中，底层运动控制是其最基本、也是非常重要的一环，使之能够精确并且快速地实现所在地跑到目的地。目前，较常用的控制方式主要是PID控制法和模糊逻辑控制法。传统PID在运动控制中存在的缺点：在控制机器人左右轮电机的不完全对称性、图像识别不精确性和图像采集的滞后以及场上的各干扰因素等的影响下，使机器人的运动具有非线性、干扰大、时变和不确定等特性，用传统的PID控制器已经不能达到良好的控制效果。

模糊控制是利用模糊集合论，把人类专家用自然语言描述的控制策略转化为计算机能够接受的算法语言，从而模拟人类的智能，实现生产过程的有效控制，非常适合于控制复杂、非线性、大滞后和不确定性严重的被控对象。模糊PD控制器是在普通PD控制器的基础上，加上一个模糊控制环节而构成，并根据实时数据，在线调整两个参数，从而达到良好的控制效果。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于模糊控制的足球机器人底层控制的方法，可以明显减小其运动控制中距离和角度的方差，有效地提高过程***的控制精度，并且易于实现计算机控制。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于模糊控制的足球机器人底层控制的方法，所述控制方法利用模糊PD控制的形式对足球机器人底层运动过程进行跟踪控制，具体步骤包括：

(a)给定值比较：通过摄像机获得当前足球机器人的位置与速度实时值，与位置和角度设定值比较计算偏差e与偏差的变化率ec；

(b)偏差比较：当偏差大于阈值e₀时，采用纯比例控制；当偏差小于等于阈值时，采用模糊控制；

(c)模糊处理：把偏差e与偏差的变化率ec作为模糊PID控制器的输入，通过模糊化、模糊推理、去模糊化等获得PD两个参数的修正值；

(d)参数修正：把修正后的控制器输出作为直流电机的输入，从而调整足球机器人的位置与角度，达到控制的目的；

(e)实时优化：再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。

作为优选，所述位置与角度偏差e＝设定值yo-t时刻测量值y1；所述位置与角度偏差导数ec＝(t+T时刻测量值y2-t时刻测量值y1)/采样周期T。

作为优选，所述模糊PD控制器是以位置与角度偏差e和偏差导数ec作为输入，PID控制器的两个参数P、D的修正△Kp、△Kd作为输出。

作为优选，所述控制器为减少模糊规则与计算量，满足足球机器人的控制实时性，采用阈值分段控制的方法。

作为优选，所述模糊PD控制器的模糊化过程为取位置与角度偏差e和偏差导数ec和输出△Kp、△Kd模糊子集为{NB,NS,ZO,PS,PB}，子集中元素分别代表负大，负小，零，正小，正大。

作为优选，所述模糊PD控制器的模糊推理过程为建立模糊控制规则表，得到位置与角度偏差e和偏差导数ec和输出△Kp、△Kd的隶属度函数关系。

作为优选，所述模糊PD控制器考虑到足球机器人实时性能的要求，采用双输入双输出的形式，即模糊PD控制。

本发明的有益效果：本发明通过模糊控制与常规PD控制的结合，弥补了两者各自的缺陷，考虑到足球机器人实时性能的要求，采用双输入双输出的形式，即模糊PD控制，模糊控制非常适合于控制复杂、非线性、大滞后和不确定性严重的被控对象，并且具有较强的鲁棒性,不需要建立精确的数学模型；使用模糊PD控制足球机器人底层运动控制，控制精度高，控制效果好，控制规则简单，可以进行在线实时PD参数整定，可以明显减小位置与角度的方差，有效地提高过程***的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种模糊PD控制的足球机器人底层运动控制方法的隶属度函数表述；

图2是本发明一种模糊PD控制的足球机器人底层运动控制方法的控制框图；

图3是本发明一种模糊PD控制的足球机器人底层运动控制方法的控制流程图。

【具体实施方式】

参阅图1、图2和图3，本发明，具体步骤包括：

步骤一、通过摄像机获得当前足球机器人的位置与速度实时值，与位置和角度设定值比较计算偏差e与偏差的变化率ec；

步骤二、把偏差e与偏差的变化率ec作为模糊PD控制器的输入，通过模糊化、模糊推理、去模糊化等获得PD两个参数的修正值；

步骤三、把修正后的控制器输出作为直流电机的输入，从而调整足球机器人的位置与角度，达到控制的目的；

步骤四、再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。

所述位置与角度偏差e＝位置与角度设定值yo-t时刻测量值y1；所述位置与角度偏差导数ec＝(t+T时刻测量值y2-t时刻测量值y1)/采样周期T。所述模糊PID控制器是以位置与角度偏差e和位置与角度偏差导数ec作为输入，PD控制器的两个参数P、D的修正△Kp、△Kd作为输出。所述模糊PD控制器的模糊化过程为取位置与角度偏差e和位置与角度偏差导数ec和输出△Kp、△Kd模糊子集为{NB,NS,ZO,PS,PB}，子集中元素分别代表负大，负小，零，正小，正大。所述模糊PD控制器的模糊推理过程为建立模糊控制规则表，得到位置与角度偏差e和位置与角度偏差导数ec和输出△Kp、△Ki、△Kd的隶属度函数关系。

本发明工作过程：

本发明一种模糊PD控制的足球机器人底层运动控制方法在工作过程中，通过将模糊控制与常规PD控制结合的方法进行足球机器人底层运动的位置与角度控制，确定位置与角度偏差e与偏差导数值ec的隶属度函数根据PID参数调整原则可以得到输出变量△Kp、△Kd的控制规则。附表如下：

本发明通过模糊控制与常规PD控制的结合，弥补了两者各自的缺陷，考虑到足球机器人实时性能的要求，采用双输入双输出的形式，即模糊PD控制，模糊控制非常适合于控制复杂、非线性、大滞后和不确定性严重的被控对象，并且具有较强的鲁棒性,不需要建立精确的数学模型；使用模糊PD控制足球机器人底层运动控制，控制精度高，控制效果好，控制规则简单，可以进行在线实时PD参数整定，可以明显减小位置与角度超调量，有效地提高过程***的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：所述控制方法利用模糊控制和PD控制结合的形式对足球机器人底层运动进行跟踪控制，具体步骤包括：

(e)实时优化：再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。

2.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(a)中，所述位置与角度偏差e＝设定值yo-t时刻测量值y1；所述位置与角度偏差导数ec＝(t+T时刻测量值y2-t时刻测量值y1)/采样周期T。

3.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(b)中，为减少模糊规则与计算量，满足足球机器人的控制实时性，采用阈值分段控制的方法。

4.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(c)中，所述模糊PD控制器是以位置与角度偏差e和偏差导数ec作为输入，PD控制器的两个参数P、D的修正△Kp、△Kd作为输出。

5.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(c)中，所述模糊PD控制器的模糊化过程为取位置与角度偏差e和偏差导数ec和输出△Kp、△Kd模糊子集为{NB,NS,ZO,PS,PB}，子集中元素分别代表负大，负小，零，正小，正大。

6.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(c)中，考虑到足球机器人实时性能的要求，采用双输入双输出的形式，即模糊PD控制。

7.如权利要求1所述的一种基于模糊控制的足球机器人底层运动控制的方法，其特征在于：步骤(d)中，所述模糊PD控制器的模糊推理过程为建立模糊控制规则表，得到位置与角度偏差e和偏差导数ec和输出△Kp、△Kd的隶属度函数关系。