使用基因演算法設計離散性T-S模糊控制器實現輪型行動機器人之軌跡控制

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姓名

張明光(Ming-Koung Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

使用基因演算法設計離散性T-S模糊控制器實現輪型行動機器人之軌跡控制
(Design of GA-Based Discrete-Time T-S Fuzzy Controller and Applications in a Wheeled Mobile Robot)

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摘要(中)

本論文提出一個新穎的T-S模糊系統之模糊控制器設計方法，此方法之設計概念是根據基因演算法與線性矩陣不等式理論基礎架構而成，藉此設計方式，模糊控制器的迴授增益可不經由繁複的數學推導及計算而自動地被尋得，論文中也將此設計方法應用在輪型行動機器人的軌跡控制問題上。
在本論文中，首先對使用線性矩陣不等式方法求解的輪型行動機器人軌跡控制模糊控制器所造成不良影響做一敘述，並介紹如何以本論文提出之設計方法來改善，且在論文中以模擬及實作的方式呈現其控制效果，確認本論文所提出之結合基因演算法與線性不等式設計方式的有效性及正確性。
在實作驗證部分，本論文利用影像處理技術擷取輪型行動機器人動態，並在C++ Builder撰寫模糊控制器程式及利用單晶片PIC16F877進行馬達轉速控制，而整個輪型機器人之操控及訊號處理均建構在視窗環境下。

摘要(英)

A novel design method for T-S fuzzy controller is proposed in this thesis. The method is based on the genetic algorithm and linear matrix inequality. The controller feedback gains can be found automatically without complex mathematical calculation via this approach. The approach is applied to the trajectory control of a Wheeled Mobile Robot.
In this thesis, we describe the ill influences of trajectory control of WMR’ fuzzy controller by using LMI method. We also introduce how to improve the effect by the proposed method. The results are shown by simulations and experiments with WMR to ensure the feasibility and the validity of our proposed method.
In the part of implementation, we use the technology of image process to acquire movements of WMR. In order to operate WMR, the fuzzy control program was designed by C++ Builder and motor speed is controlled by microchip PIC16F877. All of the operations of WMR and signal processes are designed under the circumstances of windows.

關鍵字(中)

★ T-S模糊系統
★ 基因演算法
★ 數位影像處理

關鍵字(英)

★ Digital Image Process
★ Genetic Algorithms
★ T-S Fuzzy System

論文目次

摘要
目錄 Ⅰ
圖目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 1
1.3 論文架構 2
第二章問題描述及方法回顧 3
2.1 簡介 3
2.2 輪型行動機器人( WMR )之動態系統描述 3
2.3 WMR之離散T-S模糊系統建構及T-S控制器設計 5
2.3.1 T-S模糊系統 5
2.3.2 WMR之T-S模糊系統建構 6
2.3.3 T-S模糊控制器設計 8
2.4 T-S模糊系統之穩定性分析 9
2.5 以線性矩陣不等式( LMI )方法求解具有輸入能量限
制之T-S模糊控制器 11
2.6 模擬結果與問題討論 13
第三章結合基因演算法( GA )及線性矩陣不等式
( LMI )之設計方法 18
3.1 基因演算法介紹 18
3.2 融合GA之WMR離散模糊控制器設計概念 24
3.3 結合GA及LMI設計WMR之T-S模糊控制器方法 25
3.3.1 定義WMR之適合函數 25
3.3.2 結合GA及LMI之演算流程 29
3.3.3 模糊控制器迴授增益 33
3.4 模擬結果與討論 34
第四章軟、硬體架構介紹及實現 43
4.1 系統實驗環境與硬體設備介紹 43
4.1.1 系統實驗環境及流程 43
4.1.2 硬體設備 45
4.2 PIC16F877單晶片馬達控制與通訊介面 47
4.2.1 PIC16F877之馬達控制及其驅動電路 47
4.2.2 軟硬體通訊及相關介面電路 49
4.3 影像辨識系統 51
4.3.1 影像處理架構 51
4.3.2 影像前級處理及辯識 53
4.4 Borland C++ Builder視窗介面 55
4.5 實驗結果分析與討論 56
4.5.1 實驗中T-S模糊控制器之選定 56
4.5.2 收斂條件設定 57
4.5.3 實驗結果 57
4.5.4 分析與討論 64
第五章結論與建議 65
5.1 結論 65
5.2 建議 65
參考文獻 67
附錄 70

參考文獻

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指導教授

鍾鴻源(Hung-Yuan Chung)

審核日期

2003-6-19

推文