技术

   一、清刷机器人伺服控制系统

清刷机器人伺服控制系统如图（1）所示。其工作原理为：系统首先输入与所需要的目标位置相对应的机器人的偏航角y₀。将此信号与倾角传感器检测到的机器人实际偏航角y相比较，得到偏差信号为y_e =y₀-y，经过模糊控制器的算法运算，求出为消除该偏差所需施加于马达伺服机构输入端的控制转速信号ω_dR 和ω_dL，该信号经功率放大，分别驱动左右链轮的伺服机构，使偏差信号逐渐减少，直到消除。图中d为主动链轮的分度圆直径，b为左右两条履带中心距的距离。

二、位置模糊控制器结构

由于清刷机器人在作业过程中，系统存在着许多不确定因素，如模型参数的时变和对象特性的非线性以及诸多的扰动因素，所以，将机器人位置控制器设计成模糊控制器。

机器人位置模糊控制器结构设计如图（2）所示。考虑到位置控制器的复杂性和控制精度要求，选用机器人倾角偏差和倾角偏差变化率作为模糊控制器的输入。这样既可避免使用一维控制器的动态性能不佳，也避免了采用三维模糊控制器的过于复杂，难以设计和占用计算机时间长，实时性差等弊端。

由图（2）可以看出，控制器主要由偏差e和偏差变化率e_c的离散化、模糊化环节 K 1 和 K2、模糊控制查询表、控制量输出环节K3和在线参数自调整环节等组成。参数自调整的作用是根据偏差e和偏差变化率e_c的大小，在线调节K1、K2和 K3的值，使系统的动态性能和稳态性能更好地相互兼顾。

图2 机器人位置模糊控制器结构图

三、控制器输入输出变量

在模糊控制器的设计中，通常是以误差e 和误差变化率ec 作为输入变量，经过离散化、模糊化后，作为模糊控制表的输入，查询模糊控制表，得到模糊输出控制量△u，又经过输入比例系数K 3 后和其他控制信号相加，作为被控对象的实际控制信号。取误差e 的模糊子集E 的论域为{ 6，6} ，误差变化率ec 的模糊子集EC的论域为{ 6，6}，控制量△u 的模糊子集△U 的论域为{ 7，7} 。一般情况下，人们对误差和误差变化率以及控制量在正负方向上的感知近似为对称的，因此，取E ，EC 和△U 的语言变量为

{ NB ，NM ，NS，ZO ，PS，PM ，PB }

确定语言变量的模糊子集隶属函数的形状，通常情况下采用正态型模糊变量来描述是适宜的，考虑到隶属函数曲线形状对控制特性的影响，在误差较大区域采用低分辨率的模糊集，在误差较小的区域采用较高分辨率的模糊集，当误差接近于零时选用高分辨率的模糊集。论域E，EC和△U中语言变量的隶属函数分别如图（3）～图（5）所示。将确定的隶属函数曲线离散化后，就可得到隶属度。

                                  图3 语言变量E的隶属函数              图4 语言变量EC的隶属函数

  图5 语言变量U 的隶属函数