基于XR806实现竞技机器人先进模糊控制器

机器人的模糊控制是一种基于模糊逻辑理论的计算机控制方法，它通过模拟人类思维和决策过程来实现对机器人行为的控制。

本文中所介绍使用的竞技机器人先进模糊控制器是在FreeRTOS环境下基于XR806为项目主控，给机器人部署先进模糊控制器，它通过将机器人的输入信号转化为模糊变量，并根据模糊规则对这些变量进行处理，实现对于竞技机器人的结构控制和定位控制等功能。

项目介绍

开发环境使用window10+VMware+ubuntu 18.04，并基于XR806——FreeRTOS为项目主控，部署先进模糊控制器，实现对于竞技机器人的结构控制和定位控制等。

竞技机器人的无线控制器选择上使用可以实现多维状态机功能的XR806作为主控，并通过USART进行CAN转换来向电机发送信息，收到信息后电机驱动对机器人做出控制，此时机器人通过模糊控制器来反馈定位器、雷达等传感器传来的数据实现信息交互。

控制部署

在封装好电机驱动电流环时，实现对电机的控制，相当于建立了一种继电特性的非线性控制，此时使用继电整定法的Z-N临界比例度法去建立模糊域。

根据以下临界系数表，整定求出模糊域。

模糊推理及清晰化

模糊推理的核心就是计算出E和EC的隶属度。同时把E和EC分为多种子集情况：负最大NB，负中NM，负小NS，零ZO，正小PS，正中PM，正大PB等七种情况。然后计算E/EC种子集的隶属度。

进行模糊推理后，可以根据计算的隶属度，建立模糊规则表，实现对输出值的清晰化。对应到应用层的输出函数，实现控制输出。

FOC控制及仿真效果

FOC控制逻辑

仿真效果

代码实现

自动整定部分核心代码：

void PID_AutoTune_Task(void)
{
    
  if(pid.AutoRegurating_Status != START) return;


  /*定义临界Tc*/
  float Tc = 0.0;
  
  static int start_cnt; //记录最大值出现的时间
  static int end_cnt;  //记录周期结束时的时间值 


    
  static uint16_t cool_cnt = 0; 
  static uint16_t heat_cnt = 0;
    
//  pid.Autotune_Cnt ++; //计数
  
  
  if((pid.Pv_position == UP) && (pid.Pv < pid.Sv)) 
    {
        cool_cnt ++;
        if(cool_cnt >= 3) //连续三次都越过，则说明真的越过了
    {
      pid.Pv_position = DOWN; //标记当前在下方了
      pid.Zero_Across_Cnt ++;  //标记穿越一次
      cool_cnt = 0;
    }
  }
  else if((pid.Pv_position == DOWN)&&(pid.Pv > pid.Sv))//刚才在下方，现在在上方
  {
    heat_cnt++;
    if(heat_cnt >= 3) //连续三次都越过，则说明真的越过了
    {
      pid.Pv_position = UP;  //标记当前在下方了
      pid.Zero_Across_Cnt ++;  //标记穿越一次
      heat_cnt = 0;
    }    
  }
  

实现模糊控制的核心代码：

 ecFuzzy[1] = 1.0 - ecFuzzy[0];  
 /*********查询模糊规则表*********/   
 num =  KpRule[pe][pec]; 
 KpFuzzy[num] += (eFuzzy[0]*ecFuzzy[0]); 
 num =  KpRule[pe][pec+1];  
 KpFuzzy[num] += (eFuzzy[0]*ecFuzzy[1]); 
 num =KpRule[pe+1][pec]; 
 KpFuzzy[num] += (eFuzzy[1]*ecFuzzy[0]);   
 num =  KpRule[pe+1][pec+1]; 
 KpFuzzy[num] += (eFuzzy[1]*ecFuzzy[1]); 
 /*********加权平均法解模糊*********/  
 Kp_calcu  =  KpFuzzy[0]*kpRule[0] +KpFuzzy[1]*kpRule[1]+ 
              KpFuzzy[2]*kpRule[2] +KpFuzzy[3]*kpRule[3]+ 
              KpFuzzy[4]*kpRule[4] +KpFuzzy[5]*kpRule[5]+ 
              +KpFuzzy[6]*kpRule[6];  


  printf(" %f,%f,%d,%d,kp = %f
", err, errchange, pe, pec, Kp_calcu);
 return(Kp_calcu);

实物展示

无刷电机控制：

整体定位控制：

审核编辑：汤梓红