1.一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:包括以下步骤:S1.对移动机器人的控制系统进行分析,确定输入输出量、模糊子集:移动机器人运动学方程为:
其中,[x y θ]为机器人位姿,v、w为线速度和角速度;vref、wref为理想输入,设位置指令T为(xm,ym,θm),y′=[x y θ]为实际输出,定义位姿误差函数为e(x,y,θ),误差变化率函数T为ec(x,y,θ),控制量u=[vref wref];
根据输入输出变量的论域且考虑控制灵敏度和偏差大小,将状态量模糊集分为7级,选取e、ec、u的模糊论域,并将模糊集均分为:{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB};
S2.基于NSGA‑II模糊逻辑推理对机器人控制系统进行优化:根据模糊控制器的控制目标e(x,y,θ)→0,ec(x,y,θ)→0;
将x,y,θ归一化处理即m(x,y,θ),则控制目标变为e(m)→0,ec(m)→0,定义模糊推理函数为f(m)=min(e(m),ec(m)),控制目的是为每一次输出变量y′匹配误差收敛最快的状态量m;限制条件为各变量的论域。
2.根据权利要求1所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S2包括以下子步骤:S201.准备输入数据:根据经验数据集及状态量论域产生状态量m的初始化种群;
S202.进行快速非支配排序;
S203.对状态变量进行选择、交叉、变异操作生成子一代m1;
S204.利用精英保留策略再次进化生成子二代m2,并将子父代合并再次进行快速非支配排序;
S205.计算拥挤度选择合适个体组成新父代,进行多次迭代得到目标函数最优解集;
S206.选择每个目标函数的权重,最终确定目标函数的最优解。
3.根据权利要求2所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S202包括:假设种群m的大小为P,利用Pareto等级划分原理将种群划分;Pareto等级划分:在一组解中,非支配解Pareto等级定义为1,将非支配解从解的集合中删除,剩下解的Pareto等级定义为2,依次类推,得该解集合中所有解的Pareto等级。
4.根据权利要求2所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S203中,选择操作选用二进制锦标赛法,交叉操作选用模拟二进制单点交叉,变异操作选用多项式变异;
二进制锦标赛法:从种群中随机选择2个体,个体被选择的概率相同,根据每个个体的适应度值,选择其中适应度值最好的个体进入下一代种群;重复此操作,重复次数为种群的大小,直到新的种群规模达到原来的种群规模;
选适应度函数为三角形隶属函数:
式中,参数a和c确定三角形的“脚”,参数b确定三角形“峰”;
模拟二进制单点交叉:
其中,
uj∈U(0,1),μ>0为分布指数;
多项式变异:
x1j(t)=x1j(t)+Δj
其中,
且0≤η≤1。
5.根据权利要求2所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S204中,精英保留策略包括:当前种群中适应度最高的个体不参与交叉运算和变异运算,而是用它来替换掉本代群体中经过交叉、变异的遗传操作后所产生的适应度最低的个体。
6.根据权利要求3所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S205包括:为了使得到的解在目标空间中更加均匀,引入拥挤度nd,对于每个目标函数的维度,找出种群中离得最近的较大值和最近的较小值:则x的拥挤距离为,
位于目标函数空间极值处的拥挤距离为正无穷;
令参数nd=0;
每个目标函数fi,根据目标函数对该等级的个体进行排序,记 为个体目标函数值的最大值, 为个体目标函数值的最小值;
计算 其中fm(i+1)是该个体排序后一位的目标函数值。
7.根据权利要求2所述的一种基于NSGA‑II模糊逻辑推理的机器人控制系统优化方法,其特征在于:所述步骤S206包括:引入权重系数α、β,α+β=1,根据目标函数e(m)和ec(m)的重要程度设置α、β的值,得出使目标函数e(m)→0,ec(m)→0的最优状态变量解m(x,y,θ)。