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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系 部： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 黃 俊
學(xué) 號(hào)： 05010213
外文出處：Luis Alexander，Alexander Mota，
Pedro Fonseca
附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
譯文正確地表達(dá)了原文的意義、概念描述符合漢語(yǔ)的習(xí)慣，語(yǔ)句通暢，層次很清晰。
簽名：
年 月 日
注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。
附件1：外文資料翻譯譯文
比較控制策略的自主線追蹤機(jī)器人
摘要
自主移動(dòng)機(jī)器人是一個(gè)非常激動(dòng)人心的領(lǐng)域，特別是對(duì)那些參加電子產(chǎn)品課程的學(xué)生。作者和阿維羅大學(xué)的學(xué)生參與了一些在這一領(lǐng)域的活動(dòng)。特別是，其中一個(gè)此類活動(dòng)是發(fā)明了能夠沿著畫在地板上直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。為了達(dá)到這一效果，一個(gè)模擬器已經(jīng)實(shí)施并多次測(cè)試了對(duì)機(jī)器人不同控制方法的影響。
本文對(duì)基于MATLAB的機(jī)器人模型和線追蹤模擬器進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)短的描述。然后在導(dǎo)致絕對(duì)誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE），易微調(diào)和各自代碼復(fù)雜性方面比較了幾種不同的控制方法。比較的方法:成正比、比例微分、比例積分導(dǎo)數(shù)、模糊、表為基礎(chǔ)的模糊，自我組織唱模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。
1導(dǎo)言
研發(fā)自主機(jī)器人是一個(gè)跨學(xué)科的活動(dòng)，因此有很大的教育價(jià)值。與此事實(shí)上，考慮到作者一直支持阿維羅大學(xué)學(xué)生小組參加每年一度在法國(guó)舉辦的盛事，在法國(guó)，除了其他的任務(wù)，自主移動(dòng)機(jī)器人必須沿著一條線運(yùn)動(dòng)。為了更好地理解的線追蹤機(jī)器人的行為，為了顯示學(xué)生們?cè)诎l(fā)明機(jī)器人時(shí)來自物理、幾何、電子、儀表和控制集成方面綜合的科學(xué)理念，作者建立了一個(gè)沿線分布機(jī)器人的分析模型。該模型考慮到一些現(xiàn)實(shí)世界的限制，允許預(yù)測(cè)以電動(dòng)機(jī)電壓為基礎(chǔ)的移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。
另外，作者所描述的幾何形狀線追蹤過程被用來建立一個(gè)模擬器。這決定了某一機(jī)器人的確定路徑以及該路徑和參考路徑之間的關(guān)系。
該模擬器是一種寶貴的工具，在之前研發(fā)機(jī)器人是能夠比較不同的控制方法以及不同的傳感器布局。這樣在實(shí)際制造過程中可以更好地決定機(jī)器人有關(guān)的物理性質(zhì)。
下一節(jié)本文將對(duì)機(jī)器人模型和模擬器進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)短的描述，在第3節(jié)是幾種不同控制方法的比較，包括比例、比例微分、比例積分微分，模糊，表為基礎(chǔ)的模糊，模糊自我組織和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆模型基礎(chǔ)。在第4節(jié)中將提到相關(guān)結(jié)論包括一些對(duì)正在進(jìn)行的工作的評(píng)論。
2仿真機(jī)器人
2.1機(jī)器人模型
之前已經(jīng)提到學(xué)生們建造的機(jī)器人的活動(dòng)通常很簡(jiǎn)單，見（圖1）。 運(yùn)動(dòng)是通過使用兩個(gè)獨(dú)立的直流電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)每一個(gè)車輪。差分驅(qū)動(dòng)器用于控制機(jī)器人。一個(gè)或兩個(gè)額外的連鑄機(jī)車輪用來保持機(jī)器人的橫向穩(wěn)定。與參考路徑相比較機(jī)器人的偏差是通過放置在機(jī)器人之前的紅外光探測(cè)器測(cè)量的。
通常情況下，車輪速度的閉環(huán)控制已經(jīng)不再運(yùn)用。每個(gè)車輪的速度控制間接地采用馬達(dá)電壓的。此選項(xiàng)可能會(huì)降低性能的跟蹤算法但簡(jiǎn)化了最后的調(diào)整。請(qǐng)記住，閉環(huán)速度控制方向盤使用將需要調(diào)整兩個(gè)額外的獨(dú)立循環(huán)。圖1，基本機(jī)器人。
圖1 基本機(jī)器人
這些特點(diǎn)已用于計(jì)算模型線追蹤機(jī)器人（圖2 ）。為了進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性，該模型在慣性（質(zhì)量（M） 和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ j ），摩擦系數(shù)（平移（By）和旋轉(zhuǎn)（B）運(yùn)動(dòng)），電動(dòng)馬達(dá)參數(shù)（電阻（ R ）和 電機(jī)常數(shù)（Km）），額外的噪聲（在傳感器中讀?。┖蜋C(jī)器人的物理限制，如線傳感器（5'）的長(zhǎng)度和可用于電機(jī)（VMAX）最大電壓。該模型［l］描述并且計(jì)算電壓應(yīng)用電動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的機(jī)器人的線性度（v）和角速度（0)。
2.2線追蹤模擬器
上文已經(jīng)提到機(jī)器人模型與幾何分析線追蹤問題是相輔相成的。這個(gè)問題屬于一般路徑跟蹤問題在眾多文獻(xiàn)[2]中已經(jīng)被解決。特別是，本文呈現(xiàn)的該模擬器用被動(dòng)的方式來跟蹤未知的線的方法與之前計(jì)劃的跟蹤路徑相反。因此，這是事先得知。
圖2 機(jī)器人模型
幾何分析還表明，可根據(jù)目前的偏差、車輪速度和機(jī)器人相對(duì)于線的角度位置來計(jì)算出未來偏離線（e）。該機(jī)器人是用來作為參考。然而，為了更好地界定參考軌跡和想象的機(jī)器人軌跡，另一種模式是建立在該機(jī)器人的位置基礎(chǔ)上而做出一個(gè)絕對(duì)的參考。
在這幾何模型基中，機(jī)器人偏離線（e）可根據(jù)機(jī)器人絕對(duì)位置和車輪的速度來計(jì)算。知道機(jī)器人的位置（坐標(biāo)X,Y,Z）是有可能計(jì)算相交的傳感器陣列與線（ Xey ,Ye ），然后可以計(jì)算出偏差e（圖3 ）。由此可以得出機(jī)器人位移的軌跡e是非線性的。
圖3 線追蹤幾何模型
在一個(gè)無限小的時(shí)間間隔來計(jì)算機(jī)器人位移。如果這個(gè)區(qū)間保持足夠小則是不相關(guān)的，如果直線運(yùn)動(dòng)是分開考慮的,那角運(yùn)動(dòng)和其中那些是要首先考慮的。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，這樣的一個(gè)區(qū)間里軌跡點(diǎn)以每5毫米計(jì)算是小到足以獲得同樣的軌跡，不管是角或直線運(yùn)動(dòng)都會(huì)被首先考慮。
幾何模型可以參考線組成的直線段和圓弧的周長(zhǎng)一個(gè)接一個(gè)加入。雖然它似乎有限制，它允許創(chuàng)建幾乎任何種類的軌跡順利通過使用不同的圓弧半徑。圖2 為該機(jī)器人模型。
2.3參考路徑
該模擬是在由直線段與弧線交錯(cuò)的圍成的弧形90°或 180°孔一起插入紙的直片段所組成的參考路徑。這種路徑在圖4中所描述，總長(zhǎng)度約30米。
圖4 參考路徑
2.4機(jī)器人參數(shù)
在5月的這一年，阿維羅大學(xué)以本文模擬為基礎(chǔ)的機(jī)器人為代表參加在法國(guó)堡貝爾納的1996年的國(guó)際移動(dòng)機(jī)器人錦標(biāo)賽。
根據(jù)[1,3]的詳細(xì)資料，下面的參數(shù)為：
重量M = 3.2公斤
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J = 0.7 千克.米2
馬達(dá)最大可用電壓 = 11.5伏特
電機(jī)參數(shù)（R= 7 歐姆和Km= 0.86 N/ A ）
車輪直徑Rw= 0.03米
車輪之間的距離 b = 0.27米
線性運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù) By=40kg/s
角運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù) Bw = 0.25 Kg.㎡/s
類型傳感器陣列-線性與飽和
寬度傳感器陣列 S=18米
3比較控制策略
可以圖２看出，機(jī)器人模型有兩個(gè)投入，V和Vdif是平均和差別電壓適用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。然而，只有一個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)是偏差的機(jī)器人將通過傳感器經(jīng)參考路徑傳送。如果機(jī)器人總是向前推進(jìn)，可以看出，任何控制方法，將減少使機(jī)器人回到參考路徑。
由于差動(dòng)電壓是一個(gè)確定的角運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的，讓它改變方向，使之收斂的路線，一個(gè)簡(jiǎn)單的可能性是使用電子郵件直接控制Vdif在這種情況下，因?yàn)樽罱K目的是為實(shí)現(xiàn)最高速度的參考路徑，平均電壓V，可以設(shè)置為最大值。然而，實(shí)際的電壓適用于馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)器是有限的。反映了修正到平均收益率差電壓變風(fēng)量和Vdif,這將真正提供給機(jī)器人模型。
此外，產(chǎn)出的傳感器功能被損壞和加性噪聲。這噪聲允許這些缺陷影響線路或地板，電器干擾傳感器的讀數(shù)和有限精度。為了便于比較，噪音載體，保持同對(duì)所有運(yùn)行從開始到終結(jié)點(diǎn)。
控制是數(shù)字化，采樣周期為100毫秒。
完整的控制系統(tǒng)圖5。那個(gè)參考輸入的路徑進(jìn)行跟蹤。錯(cuò)誤信號(hào)是偏差宣讀的傳感器陣列。
圖5 完整的控制系統(tǒng)
在這種簡(jiǎn)單的模式控制功能可書面表達(dá)。
在非?？斓臋C(jī)器人中，有興趣的也可以使用Vav作為一個(gè)電子商務(wù)功能。例如，這可以用來減慢機(jī)器人，同時(shí)描述了曲線和加快沿直線部分。然而，機(jī)器人通常都建不是非?？?，運(yùn)行不到0.5個(gè)D語(yǔ)。因此，在本文其余的簡(jiǎn)單的辦法在（ 1 ）中將被用于。
要比較性能的每一個(gè)控制方法兩項(xiàng)主要措施已使用的整體絕對(duì)誤差（IAE）和積分誤差平方（ISE） ，綜合沿著充分參考路徑。其他兩個(gè)措施也被使用時(shí)，機(jī)器人將達(dá)到最大絕對(duì)誤差（EMax）和平均時(shí)速。
3.1比例控制
最簡(jiǎn)單的形式的控制是使用比例Vdif,=Kp * e控制功能產(chǎn)生。雖然簡(jiǎn)單，這種方法提出了幾個(gè)問題。
正如這一點(diǎn)最大價(jià)值為Kp的是很難找到（需要許多判斷）特別是在非線性系統(tǒng)。另外，它能夠提供的相對(duì)較少最佳的性能，因?yàn)樗鼰o法彌補(bǔ)的滯后所造成的機(jī)器人慣性。為充分參考路徑圖4,使用比例控制Kp= 200 ，造成偏差情節(jié)描述見圖6。注意典型的振蕩起因于與簡(jiǎn)單的比例的方法一起獲得比較差的控制。
圖6 使用Kp=200控制比例
附件2：外文原文