0 引 言
移動機械人是乙個集環境感知、動態決策、行為控制與執行等多種功能於一體的綜合系統，其運動控制是移動機械人領域的乙個重要研究方向，也是移動機械人軌跡 控制、定位和導航的基礎。傳統的運動控制常採用pid控制演算法，其特點是演算法簡單，魯棒性強，可靠性高，但需要精確的數學模型才對線性系統具有較好的控制 效果，然而它對非線性系統的控制效果並不非常理想。模糊控制不要求控制物件的精確數學模型，因而靈活、適應性強。可是，任何一種純模糊控制器本質上是一種 非線性pd控制，不具備積分作用，所以很難在模糊控制系統中消除穩態誤差。針對這個問題，採用模糊pid控制方法，將模糊控制器和傳統的pid控制相結 合，使其既具有模糊控制靈活、適應性強的優點，又具有pid控制精度高的特點。
1 全方位移動機械人運動學分析
研究的是由第二炮兵工程學院自主研製的全自主移動機械人平台——東風一ⅱ型足球機械人。東風一ⅱ型機械人採用了四輪全向移動的運動方式，具有全向運動能力 的系統使機械人可以向任意方向做直線運動，而之前不需要做旋轉運動，並且這種輪系可滿足一邊做直線運動一邊旋轉的要求，以達到終狀態所需要的任意姿態角。 全向輪系的應用將使足球機械人具有運動快速靈活，控球穩定，進攻性強，以及易於控制等優點，使機械人在賽場上更具競爭力。
1．1 全向輪
該機械人採用在大輪周圍均勻分布小輪子的全向輪，大輪由電機驅動；小輪可自由轉動。這種全方位輪可有效避免普通輪子不能側滑所帶來的非完整性約束，使機械人具有平面運動的全部三個自由度，機動性增強。基於以上分析，選擇使用這種全向輪。
1．2 運動學分析
在建立機械人的運動模型前，先做以下假設：
(1)小車是在乙個理想的平面上運動，地面的不規則可以忽略。
(2)小車是乙個剛體，形變可以忽略。
(3)輪子和地面之間滿足純滾動的條件，沒有相對滑動。
全方位移動機械人由4個全向輪作為驅動輪，它們之間間隔90°均勻分布(如圖1所示)，其簡化運動學模型如圖6所示。其中，xw-yw為絕對座標 系；xm-ym為固連在機械人車體上的相對座標系，其座標原點與機械人中心重合。θ為xw與xm的夾角；δ為輪子與ym的夾角；l為機械人中心到輪子中心 的距離vi為第i個輪子的沿驅動方向的速度。
可求出運動學方程如下：
因為輪子為對稱分布，常數δ為45。，故得到全向移動機械人的運動模型：
p為轉換矩陣。
這樣，就可以將機械人整體期望速度解算到4個輪子分別的速度，把資料傳送到控制器中，可以完成對機械人的控制。
由此，根據增量式pid控制演算法可得到引數自整定pid控制器的傳遞函式為：
2．2 速度控制輸入／輸出變數模糊化
該速度控制器的輸入為實際轉速與設定轉速的偏差值e，以及偏差值的變化率ec；輸出量為pid引數的修正量δkp，δk1，δkd。它們的語言變數、基本論域、模糊子集、模糊論域及量化因子如表1所示。
在模糊變數e和ec以及輸出量δkp，δk1，δkd，的語言變數和論域確定後，首先必須確定模糊語言變數的隸屬度。常用的隸屬函式有b樣條基函式、高斯隸屬函式、三角隸屬函式等，考慮到設計簡便及實時性的要求，採用了三角隸屬函式。
2．3 引數自整定規則
模糊控制設計的核心是總結工程設計人員的技術知識和實際操作經驗，建立合適的模糊規則表，得到針對kp，k1，kd三個引數分別整定的模糊控制表。根據 kp，k1，kd三個引數各自的作用，可制定模糊控制規則。以kp，k1，kd為例，所列規則見表2，k1，kd。可類似推出。
2.4 輸出量解模糊
依據速度模糊控制引數整定規則確定輸出量後，得到的只是乙個模糊集合，在實際應用中，必須用乙個精確量控制被控物件，在模糊集合中，取乙個最能代表這個模 糊集合的單值過程稱為解模糊裁決。常用的解模糊演算法有最大隸屬度法、加權平均法等，根據實際情況，採用加權平均法進行解模糊。此時，模糊控制器輸出可表示 為：
最後，根據式(3)可得到最終的pid控制器引數。模糊pid控制程式流程圖如圖3所示。
3 實驗結果
為了驗證引數模糊自整定pid控制器的有效性，對直流電機分別做了常規pid控制和模糊pid控制實驗。實驗中給定輪速為50 min，圖4為採用常規pid控制方法控制的電機轉速；圖5為採用模糊pid控制方法控制的電機轉速。從結果看，採用引數模糊自整定pid演算法能夠明顯降 低超調量，加快響應速度，改善控制系統對輪速的控制效果。
4 結 語
機械人運動控制系統是整個robocup機械人系統的執行機構，在場上的表現直接影響了整個足球機械人系統。以足球機械人為平台，考慮到系統的時滯性和非 線性，採用了模糊控制與pid控制相結合的方式，並在自行研製的足球機械人上進行了速度控制的實驗研究。結果表明，該方法彌補了常規pid控制應用在機器 人運動速度控制時超調量大，響應時間長的缺點，可以取得理想的效果。目前該方法已應用於足球機械人的運動控制，並在第七屆中國機械人大賽暨robcup中 國公開賽中取得了優異的成績。
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