基于Fuzzy Logic/Stateflow的挖掘机拟人操作技术

为提高挖掘机工作装置的自主操作水平,减轻驾驶员的劳动强度,针对PC02挖掘机工作装置在挖掘过程中的基本动作,在行为控制的基础上,提出了实现基本动作的I-FORMA-O方法以及基于FuzzyLogic/Stateflow的仿真实验模型;仿真实验实现了由基本动作对应的驱动事件使挖掘行为发生状态迁移的过程.结果表明,用模糊逻辑定义基本动作简化了计算,该仿真实验模型作为平台,直观、可靠,便于借用和修改挖掘机驾驶人员的操作经验,使开发效率明显提高,为以后使用RTW工具箱直接生成可执行代码奠定了基础.

Design of intelligent controller for mobile robot based on fuzzy logic

In order to improve a mobile robot＇s autonomy in unknown environments, a novel intelligent controller is designed. The proposed controller is based on fuzzy logic with the aim of assisting a multi-sensor equipped mobile robot to safely navigate in an indoor environment. First, the designs of two behaviors for a robot＇s autonomous navigation are described, including path tracking and obstacle avoidance, which emulate human driving behaviors and reduce the complexity of the robot＇s navigation problems in unknown environments. Secondly, the two behaviors are combined by using a finite state machine （FSM）, which ensures that the robot can safely track a predefined path in an unknown indoor environment. The inputs to this controller are the readings from the sensors. The corresponding output is the desired direction of the robot. Finally, both the simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed method.

Fuzzy有限状态机之半群

利用代数手段讨论Fuzzy有限状态机的同余问题,由Fuzzy变换半群的关系,得到了Fuzzy有限状态机中的两种同余关系和相关结果.

Fuzzy有限状态机与笛卡尔组合

在Fuzzy有限状态机的性质基础上,讨论了Fuzzy有限状态机笛卡尔组合的一些性质和结构属性.研究结果表明,在Fuzzy状态意义下,Fuzzy有限状态机与笛卡尔组合有许多相似性质,从而在理论上说明了Fuzzy有限状态机与笛卡尔组合的等价性.

模糊有限状态机的一些性质

讨论模糊有限状态机的一些代数性质,得到模糊有限状态机在同态作用下子系统(强子系统)的前像仍是子系统(强子系统),证明若两个模糊有限状态机之间存在满足一定条件的同态映射时,前一个模糊有限状态机是强连通的(循环的),则后一个模糊有限状态机也是强连通的(循环的),且若这个同态是强满同态,则其中一个模糊有限状态机是完全的当且仅当另一个模糊有限状态机是完全的。对模糊有限状态机的积与原来的模糊有限状态机的完全性、强连通性、循环性、交换性等关系也进行讨论,得到一些结果。

两类模糊有限状态机积的交换性

利用代数工具矩阵、半群等对两类模糊有限状态机的交换性作了进一步的研究.首先给出了模糊有限状态机是可交换的几个等价刻画,即模糊有限状态机交换与其状态转移矩阵关于模糊矩阵乘法交换等价,与其输入集上字符串关于同余关系构成的乘法半群交换等价,并讨论了模糊有限状态机的直积、级联积、圈积以及和的交换性.其次提出了Mealy-型模糊有限状态机是可交换的概念,同时在新的概念下详细地研究了Mealy-型模糊有限状态机的直积、级联积、圈积以及和、商的交换性.得到了两个(Mealy-型)模糊有限状态机的完全直积、和交换的充要条件;得到两个(Mealy-型)模糊有限状态机的圈积、级联积交换的一个充分条件;证明了商Mealy-型模糊有限状态机保持原Mealy-型模糊有限状态机的交换性.最后给出判别模糊有限状态机交换性的算法.

扰动模糊有限转换状态机

引入了扰动模糊有限转换状态机和扰动模糊有限状态机的(强)同态的概念,研究了它们的相关性质。给出了Σ的元素构成所有长度有限的词集上的两种同余关系,讨论商结构问题,证明了相应的所有等价类构成具有单位元的有限半群,并且这两个有限半群是同态的。给出了Q上容许关系及强同态的核的概念,研究了它们的相关性质。

基于模糊乘积有限自动机的覆盖关系

对Mealy-型模糊有限自动机乘积结构作了进一步的研究,并且对覆盖关系作了细致的刻画,推广了原有的覆盖概念.针对Mealy-型这类模糊有限自动机,通过性质考察了此覆盖概念的合理有效性,新的覆盖概念在乘积自动机间建立了更多的联系.特别证明了直积、级联积、圈积三种乘积之间的覆盖关系.得到了一些乘积自动机覆盖关系的传递性质.

基于有限状态机理论的ABS模糊控制仿真研究

在分析汽车防抱死制动系统传统控制方法以及汽车稳定性控制系统集成控制基础上,提出了基于滑移率的模糊控制方法。利用Matlab的模糊工具箱建立了模糊控制系统;搭建了基于Simulink的7自由度车辆模型、Dugoff轮胎模型和压力调节单元模型;基于有限状态机理论的控制输出模型,在此模型搭建的环境中完成了单一路面和对接路面仿真。仿真结果表明:基于Matlab/Simulink/Stateflow的ABS仿真系统能很好的模拟车辆制动过程;基于滑移率的模糊控制方法能将滑移率稳定控制在理想值,为车辆稳定性系统集成控制提供了必要接口;能有效地缩短制动距离,提高车辆的方向稳定性,对路面的突变具有很好的适应性。

关于多机器人围捕协调路径策略研究

针对多机器人围捕策略研究主要集中在无障碍物环境下静态目标的围捕和性能较低的目标机器人的围捕,对围捕协调控制问题进行分层分析,将复杂的围捕协调任务分为不同的模块进行讨论。对于不同的追捕者,分别采用不同的策略进行分析,根据实时的环境情况,提出利用模糊控制的追逃避障策略和动态leader追捕机器人在线调整策略以及采用有限状态机的围捕目标选择策略,最后将分解后的任务策略进行融合,完成总的围捕任务。通过在mobotsim环境下仿真实现,验证了采用模块化融合路径策略的多机器人协调围捕算法能够顺利的完成围捕协调任务。

单交叉口交通灯模糊控制器的设计与实现

针对城市单交叉口交通信号控制问题,提出了一种应用模糊控制理论的单交叉口交通灯控制器,并给出了基于大规模可编程逻辑器件的完整设计实现方案。通过感应线圈检测器对4个方向的排队车辆进行统计,并以此为输入查找按照模糊控制规则预先离线运算的控制表,得到绿灯延时。结果表明,与传统的定时控制方式相比,在交叉口交通负荷较小时的情况下,该控制器可以有效的降低车辆等待延时。

基于FSM理论的模糊自适应控制汽车巡航系统仿真与设计

基于有限状态机(FSM)理论和模糊逻辑控制理论,设计了具有主动安全性的汽车自适应巡航控制(ACC)系统。建立了车辆动力传动系统模型,通过对节气门和制动器的控制仿真模拟了汽车ACC系统的工作过程。仿真结果表明:基于有限状态机理论的汽车ACC系统能使车辆沿着巡航行驶时的有限状态自动切换,并准确跟踪期望加速度,使车辆在加速行驶、车辆跟踪和制动减速等行驶工况下保持跟踪性和适应性。

扰动值模糊有限自动机及其语言

引入扰动值模糊有限自动机及其语言的概念,讨论扰动值模糊有限自动机的状态转移函数的扩张问题,证明3类确定型扰动值模糊有限自动机、非确定型扰动值模糊有限自动机相互等价性,研究扰动值模糊有限自动机的语言关于正则运算的封闭性.

基于行为的挖掘机工作装置自主操作研究

为了逐步完善挖掘机工作装置的自主操作,将驾驶员从日常繁重的体力劳动中解放出来,针对PC02挖掘机的工作装置,提出了基于行为的自主挖掘的模糊行为—状态流实现(BEFUSTAE)方法和Fuzzy Logic\Simulink\Stateflow的仿真实验模型.仿真实验实现了由基本动作对应的驱动事件使挖掘行为发生状态迁移的过程.实验表明:应用模糊逻辑来定义基本动作,减小了计算强度;在该仿真实验模型上实现自主操作算法,直观、可靠;借用、修改挖掘机驾驶人员的操作经验,效率明显提高.为实时工作时间(RTW)直接生成可执行代码奠定了基础.

智能腹膜透析机的嵌入式系统设计

对面向家庭的智能腹膜透析机系统的原理和结构进行了分析,设计了相应的嵌入式控制系统软硬件。采用uC/OS-II作为嵌入式实时操作系统,创建各种任务完成相应控制;运用有限状态机软件设计方法,实现状态跳转和功能切换;同时系统具有良好的人机界面和多重安全保护。该智能腹膜透析机功能完善,各项性能达标,实际运行也验证了该系统的有效性和稳定性。

扰动模糊有限状态机的转移结构

利用代数方法和扰动模糊集的概念,引入了扰动模糊有限状态机概念。为研究扰动模糊有限状态机的转移结构,提出了扰动模糊有限状态机的扰动后继、扰动子系统、扰动子机、扰动生成元、扰动基等概念,并研究了其相关性质。

直觉模糊有限状态机的子系统

提出了直觉模糊有限状态机的子系统(强子系统)在同态作用下的前像与像的概念,讨论了它们的性质,并刻画了子系统与强子系统的性质。

基于智能结构模型的机器人轨迹跟踪控制研究

针对动力学模型描述非完整移动机器人轨迹跟踪问题,从智能特征建模和传统控制理论相结合的思想出发,提出一种两层三段的智能结构控制模型,将主要研究目标从跟踪控制的数学模型转变为运动特征模型中定性与定量结合的知识模型.系统分为决策、执行两个层次,采用有限状态机进行层次间任务转换,建立基于仿人经验的模糊PID算法进行在线的控制参数调整.满足了复杂多任务的移动机器人轨迹跟踪要求,同时实验表明该方法的有效性.

基于多传感器信息融合的步态识别方法研究

准确的步态相位识别是下肢外骨骼机器人运动意图判断与控制策略制定的前提与基础。通过人体下肢运动信息检测系统,获取下肢各关节运动角度及足底分布式压力,在运动学步态分析的基础上,提取信号有效特征。针对正常步行运动中各步态存在次序及界限不精确的特性,提出加入模糊逻辑概念的有限状态机方法,对下肢传感器系统提供的运动信号进行多传感器信息融合,实现步态识别。实验结果证明该方法在2.4km/h、3.6km/h、4.8km/h和6.0km/h四种速率的步行模式下都可以进行有效的步态识别,具有极高的准确率。

基于FFSM的数控机床加工状态建模方法

为描述数控机床加工过程中的刀具状态,提出一种基于模糊有限状态机的建模方法。由该方法建立的模型通过"状态叠加"机制定量刻画了刀具的临界属性,从而预测刀具未来状态。围绕建模步骤、模型参数优化和预测方法进行了详细讨论,定性分析了状态转换规则及输入变量,设计了一种基于遗传算法的模型参数定量优化方法,并揭示了当刀具分别处于稳态与临界态时的预测原理。实验表明,在一定预测步长内,其预测误差小于低阶线性自回归模型,同时该模型具有连续预测刀具状态的能力。