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系統識別號 U0002-2806201017170900
中文論文名稱 差速驅動機器人之切換式T-S模糊控制設計
英文論文名稱 Switching T-S Fuzzy Control for Differentially Driven Mobile Robots
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 張正中
研究生英文姓名 Cheng-Chung Chang
學號 697371721
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-15
論文頁數 63頁
口試委員 指導教授-王銀添
共同指導教授-孫崇訓
委員-王文俊
委員-翁慶昌
委員-許陳鑑
委員-王銀添
委員-孫崇訓
中文關鍵字 差速驅動機器人  行動機器人控制  T-S切換模糊系統  保證成本 
英文關鍵字 Differentially Driven Mobile Robots  Mobile Robot control  T-S switching fuzzy system  Guaranteed cost 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文以差速驅動行動機器人的數學模型為基礎,進行切換模糊控制的設計與實現。研究分成三個部分:首先,以T-S模糊系統描述差速驅動機器人的非線性運動方程式,並以區段概念避免傳統T-S模糊系統的不可控。其次,利用平行分布補償(parallel distributed compensation, PDC)的概念設計模糊控制器。也利用保證成本(guaranteed cost)的最佳化原理,改善切換模糊控制器控制命令過大的缺點,同時也以實際的差速驅動機器人系統模擬與實測所設計的控制器。
英文摘要 In this thesis, the switching fuzzy controllers are designed and implemented based on the physical model of differentially driven mobile robot. The research is divided into three parts: First, the nonlinear kinematic equation of the differentially driven mobile robot is described by a T-S fuzzy system, and the concepts of switching section are proposed to avoid uncontrollability of the T-S fuzzy system. Second, the switching fuzzy controllers are designed by using the method of parallel distributed compensation (PDC). Finally, the guaranteed cost in optimal control theory is utilized to improve the problem of input saturation of switching fuzzy controllers. The developed switching fuzzy controllers are validated through the experimental works on the kinematic control of a differentially driven mobile robot.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第1章 序論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 研究範圍 2
第2章 差速驅動機器人T-S模糊模型 3
2.1 差速驅動機器人運動學 3
2.2 T-S模糊系統 4
2.3 建立T-S模糊模型 5
2.4 T-S切換模糊系統 8
2.5 建立T-S切換模糊模型 8
第3章 差速驅動機器人T-S模糊控制器設計 14
3.1 PDC切換模糊控制器設計 14
3.2 T-S切換模糊系統穩定性設計 16
3.3 機器人運動控制模擬 18
3.4 加入保證成本的模糊控制器設計 21
3.5 保證成本的機器人軌跡模擬 23
第4章 系統說明與實測結果 32
4.1 實驗環境與軟硬體說明 32
4.1.1 實驗環境說明 32
4.1.2 機器人硬體說明 32
4.1.3 軟體說明 37
4.2 機器人實測實驗 37
4.3 Pioneer 3-DX 46
4.3.1 Pioneer 3-DX硬體說明 46
4.3.2 Pioneer 3-DX實測實驗 47
第5章 研究成果與未來研究方向 56
5.1 研究成果 56
5.2 未來研究方向 56
參考文獻 57
附錄A PIC 控制器 59
附錄B FT232RL晶片 60
附錄C 公式推導 61

圖目錄
圖2.1 機器人座標系統 4
圖2.2 局部區段非線性 7
圖2.3 歸屬函數 7
圖2.4 分區示意圖 12
圖2.5 Region1歸屬函數 13
圖2.6 Region2歸屬函數 13
圖2.7 Region3歸屬函數 13
圖3.1 PDC設計 16
圖3.2 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[1 3.131]T 18
圖3.3 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[-1 1.571]T 19
圖3.4 第1秒控制命令輸出X(0)=[1 3.131]T 20
圖3.5 第1秒控制命令輸出X(0)=[-1 1.571]T 20
圖3.6 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[1 3.131]T 23
圖3.7 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[-1 1.571]T 24
圖3.8 第1秒控制命令輸出X(0)=[1 3.131]T 25
圖3.9 第1秒控制命令輸出X(0)=[-1 1.571]T 25
圖3.10 不同R值比較圖 27
圖3.11 不同W值比較圖 27
圖3.12 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[1 3.131]T 28
圖3.13 模擬軌跡與狀態-時間關係圖X(0)=[-1 1.571]T 28
圖3.14 控制命令輸出比較X(0)=[1 3.131]T 29
圖3.15 控制命令輸出比較X(0)=[-1 1.571]T 29
圖3.16 模擬軌跡X(0)=[±1 0.01]T 30
圖3.17 模擬軌跡X(0)=[±1 pi/2]T 31
圖3.18 模擬軌跡X(0)=[±1 pi]T 31
圖4.1 實測場地 32
圖4.2 兩輪機器人本體外觀 34
圖4.3 機器人機電整合系統架構 35
圖4.4 電源模組 35
圖4.5 電流控制模組 35
圖4.6 馬達驅動模組 36
圖4.7 電流感應模組 36
圖4.8 階層式與分散式機器人控制系統架構 36
圖4.9 程式介面 37
圖4.10 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 1.571]T 38
圖4.11 實測影片截圖X(0)=[-1 1.571]T 38
圖4.12 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 3.131]T 39
圖4.13 實測影片截圖X(0)=[-1 3.131]T 40
圖4.14 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 0.01]T 41
圖4.15 實測影片截圖X(0)=[-1 0.01]T 41
圖4.16 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 1.571]T 42
圖4.17 實測影片截圖X(0)=[1 1.571]T 42
圖4.18 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 3.131]T 43
圖4.19 實測影片截圖X(0)=[1 3.131]T 44
圖4.20 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 0.01]T 45
圖4.21 實測影片截圖X(0)=[1 0.01]T 45
圖4.22 Pioneer 3-DX機構說明 46
圖4.23 Pioneer 3-DX前視及側視圖 47
圖4.24 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 1.571]T 48
圖4.25 實測影片截圖X(0)=[-1 1.571]T 48
圖4.26 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 3.131]T 49
圖4.27 實測影片截圖X(0)=[-1 3.131]T 49
圖4.28 實測、模擬軌跡比較X(0)=[-1 0.01]T 50
圖4.29 實測影片截圖X(0)=[-1 0.01]T 50
圖4.30 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 1.571]T 51
圖4.31 實測影片截圖X(0)=[1 1.571]T 52
圖4.32 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 3.131]T 53
圖4.33 實測影片截圖X(0)=[1 3.131]T 53
圖4.34 實測、模擬軌跡比較X(0)=[1 0.01]T 54
圖4.35 實測影片截圖X(0)=[1 0.01]T 54
圖A.1 PIC18F4431晶片腳位圖 59
圖B.1 FT232RL晶片腳位圖 60

表目錄
表3.1 前0.5秒控制命令輸出X(0)=[1 3.131]T 20
表3.2 前0.5秒控制命令輸出X(0)=[-1 1.571]T 21
表3.3 前0.5秒控制命令輸出X(0)=[1 3.131]T 25
表3.4 前0.5秒控制命令輸出X(0)=[-1 1.571]T 26
表3.5 初始位置說明 30
表4.1 Pioneer 3-DX規格 47



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