一种基于模糊控制的足球机器人底层控制的方法
【专利说明】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】
[0001] 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】】
[0002] 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系统。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。
[0003] 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ro控制器是在普通ro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】
】
[0004] 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，有效地提高过程系统的 控制精度，并且易于实现计算机控制。
[0005] 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ro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：
[0006] (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 ;
[0007] (b)偏差比较：当偏差大于阈值e。时，采用纯比例控制；当偏差小于等于阈值时， 采用模糊控制；
[0008] (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ro两个参数的修正值；
[0009] (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；
[0010] (e)实时优化：再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。
[0011] 作为优选，所述位置与角度偏差e =设定值y0-t时刻测量值yl ;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yl) /采样周期T。
[0012] 作为优选，所述模糊Η)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Λ Κρ、Λ Kd作为输出。
[0013] 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。
[0014] 作为优选，所述模糊ro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Λ Κρ、Λ Kd模糊子集为{NB，NS, Z0, PS，PB}，子集中元素分别代表负大，负小，零，正 小，正大。
[0015] 作为优选，所述模糊ro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Λ Κρ、Λ Kd的隶属度函数关系。
[0016] 作为优选，所述模糊ro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ro控制。
[0017] 本发明的有益效果：本发明通过模糊控制与常规ro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ro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ro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ro参数整定，可以明显减小位置与角 度的方差，有效地提高过程系统的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。
[0018] 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】】
[0019] 图1是本发明一种模糊ro控制的足球机器人底层运动控制方法的隶属度函数表 述；
[0020] 图2是本发明一种模糊ro控制的足球机器人底层运动控制方法的控制框图；
[0021] 图3是本发明一种模糊ro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】】
[0022] 参阅图1、图2和图3，本发明，具体步骤包括：
[0023] 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 ;
[0024] 步骤二、把偏差e与偏差的变化率ec作为模糊控制器的输入，通过模糊化、模 糊推理、去模糊化等获得ro两个参数的修正值；
[0025] 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；
[0026] 步骤四、再次测量传送位置与角度并进行第二次修正。
[0027] 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yl ;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yl)/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，控制器的两个参数P、D 的修正Λ Κρ、Λ Kd作为输出。所述模糊ro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Λ Κρ、Λ Kd模糊子集为{NB，NS, Z0, PS，PB}，子集中元素分 别代表负大，负小，零，正小，正大。所述模糊ro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Λ Κρ、Λ Ki、Λ Kd的隶属度 函数关系。
[0028] 本发明工作过程：
[0029] 本发明一种模糊ro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ro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 Λ Kp、Λ Kd的控制规则。附表如下：
[0030]
[0031] 本发明通过模糊控制与常规ro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ro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ro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ro参数整定，可以明显减小位置与角度超调量，有效地 提高过程系统的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。
[0032] 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。
【主权项】
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ro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： (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e。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ro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。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yl ;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yl) /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A Kp、A 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A Kp、A 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 ro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ro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A Kp、A Kd的隶属度函数关系。
【专利摘要】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，有效地提高过程系统的反应速度和控位精度，并且易于实现计算机控制。
【IPC分类】G05B13/02, G05D1/02, G05D1/08
【公开号】CN105093923
【申请号】CN201510355372
【发明人】杨海霞, 黄红林
【申请人】黄红林
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月23日