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1、基于Simulink的模糊控制卡车倒车仿真系统专业：航空工程院系：航空航天工程学部姓名：李东伟2016年04月12日基于Simulink的模糊控制卡车倒车仿真系统摘要：用的matlab中的sltbu模糊控制器设计了汽车倒车的模糊控制器.通过仿真实验发现,用模糊控制方法控制汽车倒车,汽车运动轨迹圆滑,倒车准确,具有很好的鲁棒性,具有实际应用价值.关键词：sltbu.模糊控制，卡车倒车一．引言利用模糊集合理论,把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法不仅能实现控制,而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效地控制.本文利用MAT
2、LAB的模糊逻辑控制工具箱[1-3]设计模糊控制器,自动控制汽车的行驶方向,使其能顺利地到达最终地点,要求轨迹平滑,路径合理.最后利用SIMU?LINK仿真工具进行仿真,验证结果.二.模糊控制器基本结构分析模糊逻辑控制,是一种基于模糊数学理论的新型控制方法.模糊控制系统的基本结构如图1所示.图1模糊控制系统框图(1)模糊化接口:测量输入变量(设定输入)和受控系统的输出变量,并把它们映射到一个合适的相应论域的量程,然后把精确的输入数据被变换为适当的语言值或模糊集合的标识符.(2)知识库:涉及应用领域和控制目标的相关知识,它由数据库和语言(模糊)控制规则库组成.数据库为语言控制
3、规则的论域离散化和隶属函数提供必要的定义,语言控制规则标记控制目标和领域专家的控制策略。(3)推理机:是模糊控制系统的核心,根据模糊输入和模糊控制规则,模糊推理求解模糊关系方程,获得模糊输出.(4)模糊判决接口:起到模糊控制的推断作用,并产生一个精确的或非模糊的控制作用.2.汽车倒车模糊控制器构建利用MATLAB模糊工具箱的图形界面可视化工具,可以方便直观地实现模糊推理系统的设计过程.MATLAB模糊工具箱提供的图形化工具有模糊推理系统编辑器(Fuzzy)、隶属函数编辑器(Mfedit)、模糊规则编辑器(Ruledit)、模糊规则观察器(Ruleview)、模糊推理输入输出
4、曲面视图(Surfview)等5类.这5个图形化工具操作简单,相互动态联系,可以同时用来快速构建用户设计的模糊系统.(1)FIS编辑器.通过上节的分析可以知道,系统设置为3个输入1个输出.3个输入分别改为距离、角度1和角度2,输出改为控制角度,这时建立的为初步模糊推理的GUI界面.(2)隶属度函数编辑器.通过规则可以知道,在这里需要定义距离的隶属度函数类型,这里选择Z型和S型分别定义近距离和远距离.(3)模糊规则编辑器.在规则编辑器中产生已得到的模糊推理规则:如果D是远,则;如果D是近,则.在FIS编辑器的File下选择Savetodiskas,将设计的FIS保存到磁盘文件
5、中,命名为sltbu,调用时直接采用sltbu.fis文件.图2matlab中的sltbu模糊控制器三．汽车仿真系统构建3.1仿真模型构建在实际的倒车中,当我们想把汽车倒入车库时,首先要估算一下车位的位置和车的相对位置(如左前方,距离远近等),然后分析判断,确定一个行驶的路线进行倒车.当确认汽车完全进入车库后,倒车结束.代替人控后,模糊控制汽车倒车的工作流程如图3所示.图3倒车系统流程图由此得出建立汽车仿真模型需要的几个模块:模糊控制模块、汽车模块、停止模块、动画显示模块、定位模块等.(1)汽车模型.可以根据汽车的动力学方程构造汽车的模型:在这里,为汽车的车轴和水平方向的夹
6、角,为汽车的前轮和汽车车轴的夹角.从上面的分析可以看出汽车有3个控制状态变量x、y、,一个输出变量.所以可以初步确定计算转角的模型.如图4所示.图4matlab中的倒车系统仿真模型（2）汽车的停止模块.汽车的停止模块同样采用的是用户自定义模块中的Fcn子模块.(3)汽车定位模块.汽车定位模块主要是利用了用户自定义模块中的Fcn模块来实现距离函数.在这个模型中,near和far是2个状态反馈控制器,它们分别工作在2个不同的状态变量的时候,而模糊控制器在这里如同一个搅拌机使2个状态能够平滑地控制.根据卡车模型建立的仿真模型,如图4所示.其中,模块Truckkinematics为
7、方程组表示的汽车系统模型,并经过了封装;Fuzzycontroller模块表示的是模糊控制器;Animation模块作为输出的动画显示模块.3.2软件编程本文中主要是编辑结果输出的动画显示模块.动画的输出与SIMULINK仿真过程中的时间设定有关.流程如图4所示.MATLAB定义的S函数中,主要用Flag控制标签来实现控制,完成仿真动画的输出.truckkinematics为方程组表示的汽车系统模型,fuzzycontroller为模糊控制器,animation为输出的动画显示模块,f(x)函数表达式为sqrt(x
