[发明专利]一种基于混合编码的遗传优化轨迹跟踪控制系统

权利要求书

1.一种基于混合编码的遗传优化轨迹跟踪控制系统，用于多关节机器人执行末端的轨迹跟踪控制；其特征在于，

包括轨迹跟踪控制系统仿真模块、混合编码模块和遗传优化模块；

所述轨迹跟踪控制系统仿真模块包括动力学仿真模块和模糊PID控制器；动力学仿真模块用于在给定控制力矩τ的情况下输出机器人各个关节的仿真关节角位移q；模糊PID控制器包括模糊模块与PID模块，模糊PID控制器用以根据当前偏差e和偏差变化率ec输出控制力矩τ；

所述的混合编码模块包括隶属函数编码模块和模糊规则编码模块；隶属函数编码模块是将输入输出变量的隶属函数特征参数P_m和G用于个体染色体编码；模糊规则编码模块是将ΔK_P和ΔK_D的模糊规则特征参数P_s和θ_s以及ΔK_I的模糊规则设计参数用于个体染色体编码；混合编码模块中的隶属函数编码模块使用输入变量e、ec的隶属函数和输出变量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D的隶属函数的特征参数P_m和G编码，分别由染色体[a₁,a₂,...,a₆₃]中的a₁-a₅和a₆-a₁₀基因位表示，每个变量的隶属函数顶点中心值X_i为

式中，X_i是三角形隶属函数中心顶点值；k是隶属函数模糊集个数，此处k＝7；P_m是幂函数的指数，G是伸缩因子；

混合编码模块中的模糊规则编码是根据3个输出变量ΔK_P、ΔK_I、ΔK_D分别对应的3个模糊规则表导出的，ΔK_P的相平面区域规则结果从左到右指定为NL、NM、NS、ZE、PS、PM、PL，ΔK_D的相平面区域规则结果从左到右与ΔK_P相反；ΔK_P、ΔK_D这2个输出变量的模糊规则的特征参数P_s和θ_s分别给染色体[a₁,a₂,...,a₆₃]中的a₁₁-a₁₂和a₁₃-a₁₄基因位编码，由这两个特征参数可以生成模糊规则相平面的划分线和划分点，根据划分结果产生新的ΔK_P、ΔK_D这2个输出变量模糊规则；而ΔK_I的模糊规则采用直接编码，用数字1、2、3、4、5、6、7分别表示模糊规则表中的NL、NM、NS、ZE、PS、PM、PL，表示染色体[a₁,a₂,...,a₆₃]中49个基因位a₁₅-a₆₃的编码，根据这49个基因位数字排列产生新的ΔK_I模糊规则；

所述的遗传优化模块的初始种群是随机生成N个个体染色体[a₁,a₂,...,a₆₃]，根据当前种群中每个个体染色体的适应度函数值J(t)，若满足优化要求(遗传代数或适应度函数变化阈值)则结束寻优，否则根据适应度函数值来进行选择、复制、变异、交叉等一系列遗传操作生成下一代种群。