外文翻譯--一種全方位移動機器人的控制設計 中文版.doc

小議一種全方位移動機器人的控制設計來源:中國碩士論文網(wǎng)-移動機器人的研究是機器人學中的一個重要分支，正朝著高速、高精度、開放性、智能化、網(wǎng)絡化快速發(fā)展。移動機器人要實現(xiàn)高速、高精度的控制，必須依賴先進的控制策略和優(yōu)良的運動控制系統(tǒng)。本文所述機器人基于Robocup足球機器人這個平臺，采用TMS3202812作為機器人微處理器，采用模糊PID控制算法控制PWM波的占空比，以實現(xiàn)在動態(tài)環(huán)境下快速準確到達目標點的功能。輪式移動機器人由于結構簡單、移動能力強，得到了廣泛的應用。按照移動特性可分為非全方位和全方位兩種。機器人在平面上的移動存在前后、左右和自轉3個自由度的運動，若所具有的自由度少于3個，則為非全方位移動機器人，如文獻介紹的兩輪差動移動機器人，可以前進、拐彎而不能橫向移動。若具有完全的3個自由度，則稱為全方位移動機器人，可實現(xiàn)在平面上任意方向的移動，并且可在作直線運動的同時進行旋轉運動，因而極大地提高了運動的靈活性。基于以上分析，全方位移動的輪式移動機器人成為足球機器人Robocup平臺的最佳選擇。相關閱讀：計算機碩士論文1.機器人運動模型機器人能夠全方位運動關鍵在于全方位輪的使用，全方位輪有效避免了普通輪子不能側滑帶來的非完整性約束，可以使機器人具有平面運動的全部3個自由度。本文所述全方位移動機器人采用三輪結構。當僅考慮平移運動，把機器人整體視為一個剛體，各部分的速度都是相等的，從而輪子中心的速度即為機器人的速度V，第i個輪子中心的速度由輪轂與輥子的速度分量Vli和Vgi合成。綜上可以得出結論當機器人安裝有三個全方位輪且輪子與mx軸成不同的角度排列時，對于機器人任意的期望速度矢量v,都有滿足要求的全方位輪線速度矢量m，從而機器人可以實現(xiàn)全方位運動。2.運動控制器設計針對目前所開發(fā)的移動機器人控制系統(tǒng)大多存在運動精度不高、系統(tǒng)穩(wěn)定性不好等缺點，本文設計的移動機器人控制系統(tǒng)，采用了TI公司最新推出的一種高性能、高精度，應用于工業(yè)控制、光網(wǎng)絡、光通信等領域的32位TMS320F2812為主控芯片。本控制系統(tǒng)主要包括：DSP控制器模塊、電源模塊、直流電機驅動模塊、串口通信模塊、速度和電流反饋模塊等。其中速度和電流反饋模塊實現(xiàn)了對電機的雙閉環(huán)反饋。本系統(tǒng)使用外部基準晶體與片內鎖相環(huán)為CPU提供輸入時鐘信號，晶振頻率為30MHZ，經(jīng)PLL，4倍頻后達到120MHZ的處理速度，它具有時鐘精度高、穩(wěn)定性好、處理能力快等特點。DSP發(fā)出三組六路獨立的PWM信號對電機進行控制，DSP與上位機之間通過串行通信接口SCI進行通訊，傳輸上位機指令、反饋速度信號及傳感器數(shù)據(jù)。在設計中，為了簡化電路，常采用集成有橋式電路的電機專用驅動芯片，如L298、LMD18200、L6206PD，性能比較穩(wěn)定可靠。L6206PD是擁有兩個相互獨立的橋式電路的驅動芯片。其單橋持續(xù)電流可達2.8A，容許兩路并聯(lián)輸出（持續(xù)電流可達5.6A）。由于本設計中所選用電機，最大電流可達5A，因此最終選用了工作電流較大的L6206PD作為驅動芯片。系統(tǒng)采用PWM調速，通過改變PWM的占空比實現(xiàn)對電機速度的控制。3.系統(tǒng)軟件設計該控制系統(tǒng)軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、串行中斷服務模塊、外部中斷處理模塊、定時器中斷處理模塊、模糊PID控制控制模塊五大模塊組成。各程序模塊又由多個子程序模塊組成。系統(tǒng)初始化模塊完成系統(tǒng)寄存器的設置和變量的初始化工作；外部中斷處理模塊根據(jù)根據(jù)編碼器檢測的信號，進行辨向和脈沖計數(shù)；定時器中斷處理模塊根據(jù)檢測到的脈沖數(shù)、電流等信息進行速度控制、位置控制和電流控制；串行中斷服務模塊根據(jù)上位機指令所給的信息完成DSP和上位機的通訊。4.控制算法PID控制器具有通用性強與魯棒性好的優(yōu)點，在已有的各種控制手段中，它仍占有重要地位，具有很強的生命力。常規(guī)PID控制可以在一定程度上獲得滿意的響應特性，但由于系統(tǒng)參數(shù)固定，對于不同對象或同一對象的不同控制階段，很難取得最佳響應，對環(huán)境的變化及系統(tǒng)中的不確定性也很難適應。本文所設計的模糊PID控制器，亦可稱為模糊自適應PID控制器，是以模糊控制規(guī)則來實時調節(jié)PID參數(shù)的一種自適應控制系統(tǒng)。這種控制器是由一個線性的PID控制器和一個模糊推理機所組成，其中模糊推理機是以PID參數(shù)調整地專家經(jīng)驗知識為基礎的。對于模糊控制器，從理論上講，維數(shù)越高，控制越精細；但是，維數(shù)過高時，模糊控制規(guī)則就會變得過于復雜，控制算法的實現(xiàn)相當困難。結合輪式移動機器人的實際情況，本文采用二維模糊控制器，以誤差e和誤差變化率e為輸入變量，以所控PID參數(shù)的選取系數(shù)作為輸出變量。本文將輸入變量模糊化為為負大（NB）、負?。∟S）、零（ZE）、正小（PS）和正大（PB）五個等級，將輸出變量模糊化為正大（PB）、正小（PS）和零（ZE）三個等級。為保證電機的可靠運行，同時使計算簡單，采用三角函數(shù)作為模糊控制器輸入集合和輸出集合的隸屬度函數(shù)。PID三個參數(shù)選取的模糊規(guī)則的確定則主要根據(jù)其對控制性能的影響。由模糊控制規(guī)則求得KP、KI、KD三者的模糊值后，便可根據(jù)隸屬函數(shù)求得具體的PID系數(shù)，用于PID控制。5.應用和結論該設計足球機器人參加了08江蘇省以及在中山舉辦的Robocup機器人大賽，在實際比賽中發(fā)揮了良好的水平。本文基于合理的理論假設，分析了機器人的運動模型，介紹了基于DSP控制器的足球機器