基于DSP和模糊控制的尋線(xiàn)行走機器人設計與實(shí)現

　　3 模糊控制策略

　　機器人的設計思想是利用光電檢測傳感器檢測車(chē)體偏離指引線(xiàn)的大小來(lái)調整左右驅動(dòng)步進(jìn)電機的行進(jìn)速度，使機器人沿指引線(xiàn)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(xiàn)的編號最大的光電檢測傳感器的編號作為車(chē)體偏離的距離，編號方法如表1。這樣，模糊控制器有兩個(gè)輸入：前后光電檢測板的輸入編號；模糊控制器有兩個(gè)輸出：左右步進(jìn)電機驅動(dòng)脈沖數。

　　模糊控制器的輸入量的語(yǔ)言值模糊子集選取為：{LB，LS，ZO，RS，RB}。其中：LB＝左大；LS＝左??；ZO＝中心；RS＝右??；RB＝右大。輸出量的語(yǔ)言值模糊子集選取為：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。其中：NB＝負大；NM＝負中；NS＝負??；ZO＝零；PS＝正??；PM＝正中；PB＝正大。

　　根據隸屬函數的定義和選取規則，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。輸出變量左輪轉速OUL和右輪轉速OUR的隸屬度選擇相同，如圖6所示。

　　根據多次的實(shí)驗和修正，得到如表2的左輪轉速控制規則表(右輪的轉速控制規則表內容與左輪的轉速控制規則表對應，例如iF為RB、iB為L(cháng)B時(shí)對應的OUL為NB，類(lèi)似可得到右輪轉速控制規則表)。模糊推理采用Mamdani法。反模糊化采用重心法，最終得到如表3所示的左輪轉速控制信號輸出表(右輪轉速控制信號輸出表可用類(lèi)似于右輪轉速控制規則表推導的方法得到)。在′F240存儲空間中以表格的形式存儲表3，根據輸入可得到相應輸出。

　　上述模糊信號的獲取通過(guò)EPM7128用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現，此部分的編程相對簡(jiǎn)單，不再贅述。由于光電傳感器信號的改變可以實(shí)時(shí)反映在CPLD的輸出上，′F240只需定時(shí)讀取此信號并做相應從處理即可。假設前光電檢測板和后光電檢測板的信號分別保存在RE_CPLD字節的高半字節、低半字節中，若這兩個(gè)信號大于10則保持原數據不變，否則根據信號的大小計算此值在轉速控制信號輸出表中的偏移量：

　　其中#04h為保存轉速表的頁(yè)面，#MATRIXL為轉速表起始地址在頁(yè)面中的偏移量，ADDER_PS為查表值相對轉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)電機轉速的定時(shí)器的周期，則可以實(shí)時(shí)改變步進(jìn)電機的轉速：

　　4 步進(jìn)電機調速的實(shí)現

　　步進(jìn)電機是純粹的數字控制電動(dòng)機。它將電脈沖信號轉換成角位移，即給一個(gè)脈沖信號，電機轉一定角度。步進(jìn)電機控制器的輸入端口有：VDD——電機電源正極；GND——電源地線(xiàn)；OPTO——控制信號的公共陽(yáng)極；DIR——電機方向控制端；FREE——脫機輸入端；CP——脈沖輸入端(CP停止施加脈沖時(shí)，要保證CP為高電平，使內部光耦截止)。此處給DIR端加高電平，使機器人只向前行進(jìn)，在程序中只需對CP端進(jìn)行處理。

　　脈沖的產(chǎn)生通過(guò)控制I/O端口的電平變化實(shí)現。在設定了定時(shí)中斷的各種參數后，在定時(shí)器中斷處理程序中使一個(gè)標志字不停地加1：

　　在主程序中可以設定行走距離，定時(shí)中斷的時(shí)間間隔決定脈沖的頻率，也即決定步進(jìn)電機的運動(dòng)速度：

　　其中，數值2 000代表機器人行走的距離單位。利用模糊控制策略，改變控制兩個(gè)步進(jìn)電機的定時(shí)器定時(shí)周期的長(cháng)短以及行進(jìn)的距離，可以實(shí)現機器人的尋線(xiàn)行進(jìn)。

　　在總結近期參加的機器人比賽和電子設計競賽的基礎上，針對機器人尋線(xiàn)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器人實(shí)現方法。利用該方法設計的機器人參加了多種不同的機器人比賽(如全國大學(xué)生機器人電視大賽、足球機器人比賽子項和電子設計競賽等)，運行狀況良好，取得了較理想的成績(jì)，進(jìn)而證實(shí)了此設計的有效性。

　　參考文獻

　　1 許 歡，唐競新.調制光尋線(xiàn)及其在自動(dòng)行走機器人中的應用.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002；42(1)：115～117

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　　4 曹衛華，吳 敏，陳 鑫.基于DSP控制的足球機器人小車(chē)的設計與實(shí)現.機器人技術(shù)應用，2002；3：19～21

　　5 叢 爽.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、模糊系統及其在運動(dòng)控制中的應用.合肥：中國科技大學(xué)出版社，2001