基于DSP和模糊控制的尋線行走機(jī)器人設(shè)計與實現(xiàn)

　　3 模糊控制策略

　　機(jī)器人的設(shè)計思想是利用光電檢測傳感器檢測車體偏離指引線的大小來調(diào)整左右驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的行進(jìn)速度，使機(jī)器人沿指引線行進(jìn)。這恰好符合模糊控制的思想[5]。

　　把前后光電檢測板上的光電檢測傳感器編號，將檢測到指引線的編號最大的光電檢測傳感器的編號作為車體偏離的距離，編號方法如表1。這樣，模糊控制器有兩個輸入：前后光電檢測板的輸入編號；模糊控制器有兩個輸出：左右步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖數(shù)。

　　模糊控制器的輸入量的語言值模糊子集選取為：{LB，LS，ZO，RS，RB}。其中：LB＝左大；LS＝左?。籞O＝中心；RS＝右小；RB＝右大。輸出量的語言值模糊子集選取為：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。其中：NB＝負(fù)大；NM＝負(fù)中；NS＝負(fù)小；ZO＝零；PS＝正?。籔M＝正中；PB＝正大。

　　根據(jù)隸屬函數(shù)的定義和選取規(guī)則，輸入變量前部位置iF 和后部位置iB的隸屬度選擇相同，如圖5所示。輸出變量左輪轉(zhuǎn)速OUL和右輪轉(zhuǎn)速OUR的隸屬度選擇相同，如圖6所示。

　　根據(jù)多次的實驗和修正，得到如表2的左輪轉(zhuǎn)速控制規(guī)則表(右輪的轉(zhuǎn)速控制規(guī)則表內(nèi)容與左輪的轉(zhuǎn)速控制規(guī)則表對應(yīng)，例如iF為RB、iB為LB時對應(yīng)的OUL為NB，類似可得到右輪轉(zhuǎn)速控制規(guī)則表)。模糊推理采用Mamdani法。反模糊化采用重心法，最終得到如表3所示的左輪轉(zhuǎn)速控制信號輸出表(右輪轉(zhuǎn)速控制信號輸出表可用類似于右輪轉(zhuǎn)速控制規(guī)則表推導(dǎo)的方法得到)。在′F240存儲空間中以表格的形式存儲表3，根據(jù)輸入可得到相應(yīng)輸出。

　　上述模糊信號的獲取通過EPM7128用VHDL語言編程實現(xiàn)，此部分的編程相對簡單，不再贅述。由于光電傳感器信號的改變可以實時反映在CPLD的輸出上，′F240只需定時讀取此信號并做相應(yīng)從處理即可。假設(shè)前光電檢測板和后光電檢測板的信號分別保存在RE_CPLD字節(jié)的高半字節(jié)、低半字節(jié)中，若這兩個信號大于10則保持原數(shù)據(jù)不變，否則根據(jù)信號的大小計算此值在轉(zhuǎn)速控制信號輸出表中的偏移量：

　　其中#04h為保存轉(zhuǎn)速表的頁面，#MATRIXL為轉(zhuǎn)速表起始地址在頁面中的偏移量，ADDER_PS為查表值相對轉(zhuǎn)速表起始地址的偏移量。若將查表得到的值變化后保存為控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的定時器的周期，則可以實時改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速：

　　4 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速的實現(xiàn)

　　步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，即給一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)一定角度。步進(jìn)電機(jī)控制器的輸入端口有：VDD——電機(jī)電源正極；GND——電源地線；OPTO——控制信號的公共陽極；DIR——電機(jī)方向控制端；FREE——脫機(jī)輸入端；CP——脈沖輸入端(CP停止施加脈沖時，要保證CP為高電平，使內(nèi)部光耦截止)。此處給DIR端加高電平，使機(jī)器人只向前行進(jìn)，在程序中只需對CP端進(jìn)行處理。

　　脈沖的產(chǎn)生通過控制I/O端口的電平變化實現(xiàn)。在設(shè)定了定時中斷的各種參數(shù)后，在定時器中斷處理程序中使一個標(biāo)志字不停地加1：

　　在主程序中可以設(shè)定行走距離，定時中斷的時間間隔決定脈沖的頻率，也即決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動速度：

　　其中，數(shù)值2 000代表機(jī)器人行走的距離單位。利用模糊控制策略，改變控制兩個步進(jìn)電機(jī)的定時器定時周期的長短以及行進(jìn)的距離，可以實現(xiàn)機(jī)器人的尋線行進(jìn)。

　　在總結(jié)近期參加的機(jī)器人比賽和電子設(shè)計競賽的基礎(chǔ)上，針對機(jī)器人尋線行走的普遍要求，提出了一種基于DSP+CPLD和模糊控制策略的機(jī)器人實現(xiàn)方法。利用該方法設(shè)計的機(jī)器人參加了多種不同的機(jī)器人比賽(如全國大學(xué)生機(jī)器人電視大賽、足球機(jī)器人比賽子項和電子設(shè)計競賽等)，運(yùn)行狀況良好，取得了較理想的成績，進(jìn)而證實了此設(shè)計的有效性。

　　參考文獻(xiàn)

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