2008年7月20日 星期日

Fuzzy control for NXT motor

http://4rdp.blogspot.com/2008/07/fuzzy-control-for-nxt-motor.html?m=0

七月初提到 Fuzzy control,應該有 NXT 玩家試試看,今天公佈
我的 Fuzzy 程式碼 (NXC),另外大家可以比較與 PID 程式碼差異。

以個人比較結果,PID 的轉速控制比較和緩順暢,因為 K 參數已經調好,Fuzzy 控制法轉速控制震盪情形較大,當然可以再調整 Fuzzy rule 改善,留給有興趣的人去研究。

47 則留言:

  1. Dear Bridan:
    我最近想用fuzzy去控制Segway(兩輪平衡機器人),就你的原程式碼,模糊規則是三角形的歸屬函數,如果我想用Normal Distribution funtion(NDF,鐘型函數),即:exp(-((x-m)/SD)((x-m)/SD))。
    其中m是NDF平均值、SD是NDF標準差。

    Labview for NXT好像沒有exp()的函數可以用。感覺被受限了!不知道您是否有什麼idea可以解決這個問題?

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  2. 薛老師您好,

    您可以將 exp(x)=e^x 泰勒級數展開取近似高階函數,即
    e^x = 1 + x/1! + x^2/2! + x^3/3! + ...

    就個人經驗,PID 控制比較平順,使用它比較好,FUZZY 控制多半用在建不出系統數學模式的時候,不得已採用的方法,提供你參考。

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  3. PID我不知道為什麼我的Segway很容易爆衝,PID的參數設定也不易有很好的規劃。

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  4. 薛老師您好,

    PID 控制調整確實不太容易,你可能要注意調整的時間點,例如,你每 0.1 秒可得到轉速回授資料一筆,那麼就每 0.1 秒調整輸出控制,否則很容易調過頭。

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  5. dear bridan
    我想看一下你提供的fuzzy寫法,但是我在網頁中並未看到source code,因為我想要把它拿來寫在超音波沿牆走中,做判別,一直沒有好的想法。

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  6. Wallace 您好,

    請告訴我電郵,明天將郵寄給你。

    謝謝

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  7. dear bridan

    my mail is p886222@hotmail.com
    thank you very much

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  8. 由於 Google 不再支援群組論壇,致使檔案下載失敗,因此我將逐步搬移檔案到 Google Documents,想下載的朋友仍須登入 Google 帳號,但要等待我的批准許可。

    我喜歡 Google Group 主要是它免費讓大家上載或下載檔案,並自動幫我留下參觀者電郵,真是蠻可惜 Google 不再支援它。

    不便之處,敬請見諒。

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  9. Dear 布里登,
    之前有看到你的NXC之fuzzy control程式,由於目前有需要,是否可唐突請你寄該
    source code給我?

    謝謝~

    hanuskimo@kimo.com.tw

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  10. hanuskimo 您好,

    已經設定檔案共用,您隨時可以從 Docs 下載。

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  11. Dear 布里登,

    本人不會使用Docs,所以.....
    可以跟我講怎用呢?

    謝謝~

    hanuskimo@kimo.com.tw

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  12. 沛穎 您好

    我忘記 Google Docs 只對 Google e-mail 帳號有效

    因此電郵附件給你參考

    有甚麼問題,歡迎討論

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  13. Dear Bridan,

    Sorry! I haven't received your email yet. How about trying another email?

    email: c3479201@ms5.hinet.net
    (original hanuskimo@yahoo.com.tw)
    Best regards,

    Robert

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  14. Dear Robert,

    I don't know what happen that you cannot receive my e-mail.

    But any way, I re-sent the Fuzzy and the PID source codes to your two e-mails.

    Hope no problem again.

    Best Regards,
    Bridan

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  15. dear bridan:
    前陣子跟你拿了fuzzy控制馬達的code,一開始看我是不太懂,我就去借了fuzzy的書,我看大部分會用建表的方式來查,但是表中的值要怎麼設定我實在沒有什麼sense,再回頭看你的code,發現你也沒有建表,好像是直接計算的,其實我現在是想做一個很簡單的動作,就是前端的3~5個超音波來避障,但是沒有什麼頭緒下去寫程式,當然其實也可以不用fuzzy的方式來寫,但是還是想要用fuzzy試試看,不知你可以給點建意嗎?

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  16. Wallace您好,

    想Fuzzy控制,應先列出規則式,也就是

    IF ...input... THEN ...output...

    當你能列出規則式後,我們再來看輸入與輸出歸屬函數。

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  17. dear bridan:

    假設我的機器人前方有五個超音波,

    在距離的部分(讀入超音波目前最近的值)
    if (distance)is small than 停下來
    if (distance)is normal than 保持速度
    if (distance)is large than 速度加快

    在角度轉彎的部分(目前前進方向和障礙物的夾角)
    if (robot向前方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向前方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向前方) & 障礙物在中間 than 向右轉或左轉
    if (robot向左方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向左方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向左方) & 障礙物在中間 than 向左轉
    if (robot向右方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向右方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向右方) & 障礙物在中間 than 向右轉

    這樣列也不知道對不對?上下兩組規則最後應該會有輸出值多少速度,轉多少彎?

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  18. Wallace 您好,

    看你用五個超音波感測器會不會太多,除非你的機器人很大,需要多向檢知,不然超音波感測器會相互干擾,甚至每個感測器須分隔 45 度角以上。

    另外,這機器人用途為何? 依目前規則式來看,當它被放在ㄇ字型位置時會靜止,但是多數的規則式會前進或轉向不會停止,它何時需要停止?

    有幾個馬達要控制 ? 這些基本問題先弄清楚,再討論其它。

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  19. dear bridan
    機器人滿大的,五個我覺得差不多,干擾的問題我了解,每組打開的時間會停一小段的delay(但還是會干擾,但有盡量避開),馬達的控制之前就寫好,只是call function而以,何時會停止的話,應該是設定一組目標點的座標,用目前的座標點去算出距離和角度,再來中間有障礙物,所以要避障。

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  20. Wallace 您好,

    OK 清楚你的系統概況,簡單的說,機器人知道自己的位置,它會自行前進到目標點,只是遇到障礙物需要避碰,如果沒有特殊需求,建議等速前進就好,到達目的地或靠近障礙物就停止。至於是否到達目的地的判別,應該不是用超音波感測器檢知吧? 這很容易會誤判為障礙物而轉向。

    轉向規則須要修改,考量兩種情形,直行方向沒有障礙物,但是旁邊有東西,依你的規則會轉向偏走; 第二種是走迷宮時,前行遇障,請固定向右或固定向左轉,不要隨機左右轉,不然可能走不出迷宮。

    改完後再討論。

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  21. DEAR BRIDAN
    因該說向前方,向右方,向左方,是用目標點減現在的座標點,方向是用tan算出來的

    if (robot向前方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向前方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向前方) & 障礙物在中間 than 向右轉
    if (robot向左方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向左方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向左方) & 障礙物在中間 than 向右轉
    if (robot向右方) & 障礙物在右方 than 向左轉
    if (robot向右方) & 障礙物在左方 than 向右轉
    if (robot向右方) & 障礙物在中間 than 向左轉

    大概修改了一下,不知道這樣是不是對的,感覺不難,但是叫我突然寫,實在沒什麼概念

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  22. Dear Wallace,

    目前這些規則式仍潛藏問題,請暫時放下對 Fuzzy 的迷思,你所列出的規則式也必須適用非 Fuzzy 控制的系統。

    我假想你的機器人是走迷宮的,迷宮會是長長的走道,簡單的說兩旁都有障礙物,可是機器人仍必須向前行,因此我認為現在的規則會讓你的機器人轉來轉去不會直行。

    所列的規則,必須要能讓機器人走到轉角再轉彎,如果不是迷宮請告知,有些規則可能要修改,當所有規則列出後,你找個迷宮圖走看看,走的通,表示規則式正確。

    抱歉,我無法提供你完整規則式,這些都需要你自己思考,現在對你來說也許很困難,不過透過這樣的訓練,可以讓自己設計技術更加進步,我可以幫你檢視規則式的合宜性,加油。

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  23. Dear Bridan:
    我最近想用fuzzy去控制BLDC,麻煩分享你的程式,參考如何實作。
    billshih.tw@gmail.com

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  24. Dear Amigo.tw,

    歡迎來訪,已經發信給你,如果還收不到,請再留言。

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  25. 你好:
    可不可以給我可用FUZZY的C程式!因為理論看不懂?

    謝謝

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  26. jlian168 你好,

    請點選本篇文章中 FUZZY 的連結,我會設定核准你的申請,那你就可以下載 NXC 程式碼。

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  27. 老師 你好:
    1.可能我反應比較不好,我點FUZZY後沒有,
    然後我點NXT後下載了"lms_arm_nbcnxc_src"檔案,
    但好像沒有FUZZY的程式?
    所以我不知道對不對?
    2.有FUZZY+PID的C程式嗎?
    3.能不能傳給我?

    jlian168@yahoo.com.tw

    謝謝.

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  28. jlian168 您好,

    FUZZY 及 PID 兩檔案已經開放你可以直接下載,我並沒有兩者合併的程式,未來你可以研究兩者的合併,利用 FUZZY 找出 PID 的係數。

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  29. 老師您好:
    我想參考您的Fuzzy Rule,我想利用在RFID讀取的時間差當輸入參數調整我的讀取效率,能否請老師給我權限,謝謝您
    jerrychen68@gmail.com

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  30. 阿營您好,

    權限已經設定,程式參考看看,通常嵌入式系統為了資料讀取不漏接,是在中斷程式中處理,而且會有輸入暫存區,我不清楚你的構想,不過祝你成功。

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  31. 老師您好,

    我目前的研究是,透過讀取的時間差,餵給PID當參數進以調整馬達轉速,想試試改用Fuzzy的表現如何,另外請問老師,所謂的Fuzzy調整PID是甚麼意思?

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  32. 阿營您好,

    我所謂 Fuzzy 調整 PID 意思是以 Fuzzy 調整 PID 的 Kp, Ki, Kd 等係數,其實跟你的想法是一樣的,至於 Fuzzy rules 要看你的 case 決定。

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  33. 老師您好,
    我還是不太懂您的意思,PID的參數調整一部分是依照經驗法則。
    就我的認知,Fuzzy的主要精神應該是仿照人類的思維近似推理的方式找出結果。
    若以冷氣為例,PID是控制,Fuzzy也是控制,用控制調整控制,我還是不懂

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  34. 阿營您好,

    舉例說明,以 PID 控制馬達轉速,通常 PID 係數是常數,而且是工程師經過無數次實驗找出來的,但是你可以將這些 PID 係數改成變數而不再是固定的常數,這樣控制馬達轉速的特性就會完全不同。也許有些情況,要馬達慢慢轉速增減,也許有時要馬達急速變化。

    如果是固定的 PID 係數,必須搭配其他方法才能展現這樣功能。那利用 FUZZY 來調整 PID 係數,是不錯的方法,仿照人類的思維近似推理的方式找出適合的 PID 係數。

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  35. Dear Bridan
    現正學習Lego-NXT,RXC程式中,敬請提供fuzzy寫法的source code,以利學習。若有PID寫法的source code,也一倂寄出為何?感謝您。
    我的E_Mail如下:
    hjchen3724@yahoo.com.tw
    阿紫

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  36. Dear Bridan
    已收到Fuzzy程式,然
    1. 程式中僅有OUT_A,而無OUT_B,造成機器原地打轉;
    2. Light Sensor沒用到嗎
    阿紫

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  37. 阿紫您好,

    這裡的範例程式只對馬達A控制,建議你閱讀我另一篇前文 PID speed control (http://4rdp.blogspot.com/2008/05/pid-speed-control.html),這樣才會對 NXT 馬達控制有全貌了解。

    本文並非控制循跡車,因此light sensor沒有使用。

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  38. 網友阿紫電郵詢問下列問題,以及我的答覆如下
    ----------------------------------------------------------------------------------------------
    Dear Bridan,
    因Blog上之留言區,好像Down掉,故用Mail回應。尚有以下問題請釋疑:
    1. 因您的Fuzzy程式,沒用Light Sensor,而用角速度當輸入。這另我不解,您的車子何以會沿著黑線走?(此程式好像是SegWay,但又少另一顆Motor的程式)
    2. 因只控制單顆Motor,不知另一顆Motor的程式,要如何下程式?
    3. x0是否應改為 x0 = MotorRotationCount (OUT_B)?;但又少了tracking功能?
    敬請釋疑。

    阿紫
    ----------------------------------------------------------------------------------------------
    阿紫您好

    我的文章是從 PID speed control 寫起,主要針對馬達定速控制討論,因此 Fuzzy control 也是延續這個主軸說明,因為不是為循跡車寫文,所以沒有使用 light sensor,這些文章只單純討論一顆馬達的定速控制,因此以角速度當輸入,車子只會直線前進很正常。

    如果想同時控制兩顆馬達定速前進,你可以參考範例程式,加入第二顆馬達控制,請記得為第二顆馬達控制另增變數名稱。當兩輪速度設定不相同時,就可以左右轉彎。

    關於 x0 改成 x0 = MotorRotationCount (OUT_B) ,想藉此讓 A 輪 tracking B 輪,個人並不喜歡這種做法,因為直覺這樣程式設計會很複雜,建議兩個馬達獨立控制,但是速度要設定一樣,會比較簡單直接。

    當你寫好上述雙馬達定速控制程式後,循跡車可以再加入 light sensor 的數值,調整兩輪不同速度設定,就可以達到循跡的目的,祝你成功。

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  39. 你好我作論文需要用到 將導盲磚辨識度提升 將使用到fuzzy能教我如何用matlab寫模糊程式控制嗎

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  40. 徐同學您好,

    我樂於在部落格上給予指導,基本上一切須要你自己努力,我會提供意見參考,討論內容會公開於部落格上。
    倘若同意上述原則,歡迎留言討論,假如另有圖檔資料可能以電子郵件討論比較好,如果需要請留下電郵。

    因為工作忙碌關係,留言不會立即回覆。此外,想知道你的系統輪廓,從留言得知,你想用 Matlab 設計模糊控制程式,代表你的控制平台是一台電腦,疑問是系統的檢知器如何?以及你要控制甚麼東西?

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  41. 你好最近用光感+馬達FUZZY 有興趣 可是點FUZZY 沒有東西OAO~是否可以討論 以及 拿檔案 研究一下?

    我的E-Mail如下:kiter_1005@hotmail.com

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  42. Dear Kiter,
    檔案已經寄給你,有問題請留言討論。

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  43. 您好 最近我在使用fuzzy pid控制馬達 但是fuzzy部分的code不太行 跪求您的fuzzy code
    我的信箱:q456741@yahoo.com.tw

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    1. Hi,

      程式碼已電郵l,如有問題歡迎部落格上討論。

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  44. 最近有讀者問我一些問題,重點整理如下:

    Q1: 請問您 Fuzzy.nxc 這三行的code用意
    d0 = d1;...........................為什麼還要特地把di設為do
    if (abs(d0) < abs(d2)) d0 = d2;........................此兩行的依據怎麼知道要取哪個?
    if (abs(d0) < abs(d3)) d0 = d3;

    A1: 這三行程式是一體的,d0 是取 d1, d2, d3 最大值


    Q2: 照理來說一般而言都是使用最小推論再用重心法解模糊 但是我看您是直接用比例得輸出 好像跟我所知道的算法不太一樣?

    A2: 解決問題的方法不只一種,你多閱讀其它模糊控制相關書籍,就會知道更多方法,我的程式是採用
    http://4rdp.blogspot.tw/2008/07/fuzzy-control-on-nxt-motor.html,簡單及容易理解。

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  45. Hi Bridan,
    很高興能看到這麼好的教學網站,因本人對Fuzzy控制有興趣,
    想瞭解Fuzzy 與 PID 的差異,因為上面連結似乎是失效了,
    是否方便再提供一次呢?
    謝謝!!

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    1. Hung Sir,

      歡迎參閱研發養成所,程式碼連結已重新設定,應該可以正常下載檔案,這兩程式皆以NXC撰寫,你也可以用其它文書處理程式開啟。有任何疑問歡迎討論。

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