模糊控制在機(jī)器人位置控制中的應(yīng)用劉樂星1王玲2謝清3（1三峽大學(xué)電氣信息學(xué)院，湖北宜昌443002：2.葛洲壩集團(tuán)三峽實業(yè)物資配送公司，湖北宜昌443002；3河南省電力工業(yè)局平頂山電力局，河南平頂山467000）節(jié)角速度控制的一類問題。首先給出一類機(jī)器控制位置模型，然后利用模糊函數(shù)規(guī)則進(jìn)行模糊控制器設(shè)計。通過仿真顯示，本方案為機(jī)器人位置控制臂提供了新的控制途徑，也拓寬了模糊控制原理的應(yīng)用領(lǐng)域。
機(jī)器人在生產(chǎn)自動化中占有極重要的地位，目前工業(yè)機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)自動化中，大部分工業(yè)機(jī)器人以預(yù)先編制好的程序工作。由于位置控制受外界條件的影響較大，系統(tǒng)狀態(tài)難以獲取，又受到響應(yīng)時間慢的約束，從而使系統(tǒng)變得難以控制。模糊控制是一類語言控制，其主要特點之一是控制系統(tǒng)設(shè)計并不需要通常意義上的被控對象的數(shù)學(xué)模型，而是需要操作者或領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗、知識、操作數(shù)據(jù)等，是一類“專家系統(tǒng)這樣對于通常難于控制的對象（非線性的，不確定性的對象），可較方便地得出控制策略。
本文將模糊控制的方法引入機(jī)器人位置的控制，通過仿真分析，機(jī)器人位置控制中采用模糊控制后，控制系統(tǒng)響應(yīng)較快，穩(wěn)定性較好，具有較好的控制性能。
1機(jī)器人位置控制模型機(jī)器人要運動，就要控制它的位置、速度、加速度等，因此機(jī)器人至少是一個位置控制系統(tǒng)。由于絕大多數(shù)機(jī)器人是關(guān)節(jié)式運動形式，很難檢測機(jī)器人末端的運動，只能對各關(guān)節(jié)進(jìn)行控制。從控制觀點來看，它屬于半閉環(huán)系統(tǒng)，即從電機(jī)軸上閉環(huán)。
機(jī)器人期望構(gòu)形鉸接變量表示為位置控制系統(tǒng)在鉸接變量的實際值ft‘=1，2，）和期望值f（f=l，2，n）已知的條件下，如―），男，副教授，碩士研究生。
何由驅(qū)動器將不同的力矩和力作用在機(jī)械機(jī)構(gòu)上，使?jié)h達(dá)到w，并保持（，這是控制系統(tǒng)必須解決的問題。
對于給定系統(tǒng)，如所示，由逆幾何模型求取?？刂齐姍C(jī)同傳感器結(jié)合在一起，傳感器能輸出一個正比于運動副轉(zhuǎn)角（鉸接變量）（，的電壓t/隨著轉(zhuǎn)角增加，u增加，驅(qū)動電機(jī)的電壓e減小u=vc―m），直至m等于r即￡等于零。此時系統(tǒng)穩(wěn)定，即通過適當(dāng)調(diào)整，系統(tǒng)有上述結(jié)論均為理想狀態(tài)下的推論，如考慮到負(fù)載和其它轉(zhuǎn)矩干擾因素，則將增加系統(tǒng)分析和控制設(shè)計的難度。
2機(jī)器人位置控制的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計2.1模糊控制規(guī)則的函數(shù)生成法模糊控制規(guī)則一般通過語言變量以一組模糊條件語句的形式給出。設(shè)控制器n維輸人向量為，t，控制向量為=（w！，m2，m）t.若：是與z對應(yīng)的模糊（語言）變量（下同），則模糊規(guī)則可表示為，）為對應(yīng)語言變量的語言值（模糊子集）向量。規(guī)則（2）本質(zhì)上是啟發(fā)式，在實踐中可調(diào)整完善。
控制規(guī)則（2）可用所示方框表示。
控制規(guī)則設(shè)2和心的語言集合分別為在一定的情況下，可按照輸人模糊變量a，的物理意義，如偏差、偏差變化率等，將它們分為組，即則控制規(guī)則k可取為下述形式：上4（；'=1，一；￡=1廣‘，0是模糊子集，而尺是mxr階參數(shù)矩陣對實際系統(tǒng)可通過調(diào)整r'來調(diào)整模糊控制規(guī)則，使系統(tǒng)達(dá)到希望的控制性能指標(biāo)。2.2位置控制的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計前面給出的機(jī)器人系統(tǒng)，鉸接關(guān)節(jié)的小變形假定下，各關(guān)節(jié)的鉸接變量決定了末端負(fù)載的位置，這時以關(guān)節(jié)的驅(qū)動電壓作為系統(tǒng)的輸出變量，相對于方程（1）得如下輸出方程為矩陣。
該系統(tǒng)的參數(shù)輸人變量是扒〖）=（奶“），ft，⑴）t，則偏差向量e⑴=>⑴一y⑴及其變化率eu）=取為模糊控制器的輸入變量設(shè)e，和e，的基本論域分別取為，y的基本論域是基本論域選得過大系統(tǒng)的響應(yīng)變慢，并產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差；過小則可能引起較大的超調(diào)或振蕩，因此在。
對所示系統(tǒng)，參數(shù)取為kp=4，k對各變量的模糊集論域，取變量，的隸屬度賦值如表1表3所示。
表1 6的隸屬度嬴值一表的隸屬度嬴值表年的隸度嬴值模糊控制器參數(shù)，ft/=10，其它參數(shù)均在。
圖中曲線為系統(tǒng)pid控制單位階躍響應(yīng)，為理想系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為模糊控制輸出。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差范圍為（1%，3%）；與理想系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)系統(tǒng)相比，模糊控制使系統(tǒng)的響應(yīng)大大加快；與常規(guī)pid控制器相比，模糊控制器有效地抑制了控制過程中出現(xiàn)的超調(diào)和振蕩，使系統(tǒng)整體上比較穩(wěn)定；控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)品質(zhì)。模糊控制基本上解決了機(jī)器人的位置控制問題。
4結(jié)論本文采用模糊控制理論，通過函數(shù)生成法產(chǎn)生模糊控制規(guī)則，并對量化因子和比例因子進(jìn)行調(diào)整，較成功地解決了機(jī)器人的位置控制問題。進(jìn)一步的研究工作應(yīng)使模糊控制具有自適應(yīng)性，以便對不同的機(jī)器人系統(tǒng)或不同的運動過程都可自動地產(chǎn)生使系統(tǒng)具有良好性能的控制規(guī)則。
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