模糊控制在智能小车方向控制中的应用_唐建文

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1、机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第12期自动控制模糊控制在智能小车方向控制中的应用1，21唐建文，刘建群（1．广东工业大学，广东广州510090；2．广东技术师范学院机电学院，广东广州510635）摘要：设计了一种基于模糊控制的智能小车方向控制系统，该智能车方向控制系统核心控制单元采用单片机控制。实验证明该智能小车方向控制系统能很好地满足小车在前进过程中对方向调节的快速响应，系统具有较好的动态性能。关键词：模糊控制；智能小车；方向控制中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009－9492(2008)12－003

2、9－021引言3模糊控制方案的设计智能车设计是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、电如图1所示，本系统的模糊控制器采用了双输入单输子电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计。它主出的基本模糊控制结构，包括模糊化、知识库、模糊推要由路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等功能模理、解模糊化和输入＼输出量化等部分［1］。块组成。智能小车设计的整体功能简单概括起来就是：利用机器视觉系统，识别条带状路标，实现自主导航，并能根据小车的车速和车的位置，控制小车的转向舵机和直流驱动电机，相应调整小车的行驶方向和速度，使智能小车自动地沿着一条任意给

3、定的黑色带状引导线快速、稳定地行驶，不偏离预定轨迹。车速越快则表明智能车性能越好。2模糊控制的特点及控制任务图1模糊控制器结构图模糊控制是指模糊理论在控制技术上的应用。模糊控制具有处理不明确信号的能力，它用语言变量代替数学变量或两者结合应用，用模糊条件3．1模糊子集的选取语句来刻画变量间的函数关系，用模糊算法来刻画复杂关根据智能小车的方向控制精度及操作经验，设定输入系，是具有模拟人类学习和自适应能力的控制系统。模糊变量为智能车导航系统给出的小车位置和道路中心的横向控制不需要系统精确的数学模型，在一定的经验和试验的角度偏差（e）和角

4、度偏差变化（e觶），其输出变量（v）是基础上就能得到很好的控制效果［1］。小车的前轮转角；E和EC分别为和经过输入量化后的语在智能小车的导航系统识别路况后，利用转向控制算言变量，V为模糊控制器输出语言变量。v为经过输出量法控制智能车，使之很好地跟踪带状引导线前进，考虑到化后的实际输出值，其模糊语言变量的子集和论域分别设小车道路的不确定性，小车可能频繁进出弯道，要不停地计为：调整方向来适应不同路径。小车本身由于重量、机械结构E：邀NB，NS，Z，PS，PB妖；的偏差和在行驶过程中的震动，导致在建立车体的数学模论域为邀－40，－20，

5、0，20，40妖；型时有很大的困难，难以建立精确的数学模型。因此系统EC：邀NB，NS，Z，PS，PB妖；选择了模糊控制算法来控制车的方向。论域为邀－6，－2，0，2，6妖；收稿日期：2008－10－2239自动控制机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第12期V：邀LB，LM，LS，M，RS，RM，RB妖；3．3模糊推理及反模糊化论域为邀－45，－30，－15，0，15，30，45妖。控制器经模糊化得到各变量的隶属度，再经模糊推理其中，在输入语言变量E和EC的论域中，取语言值和反模糊化得出控制量的输出值，进行控制作用。本系统

6、“负大”（NB）、“负小”（NB）、“零”（Z）、“正小”采用MAX－MIN法进行模糊推理。设定e，ec，u的隶属度（PS）、“正大”（PB）五种。输出语言变量V的论域中，分别为μE，μEC，μu，则取语言值各语言值“左大”（LB）、“左中”（LM）、μUk邀E，EC妖＝MIN邀μEi，μECj妖“左小”（LS）、“中间”（M）、“右小”（RS）、“右μUk邀E，EC妖＝MIN邀μEi邀E妖，μECj邀EC妖妖中”（RM）、“右大”（RB）七种。μU邀E，EC妖＝MAX邀μUk邀E，EC妖妖为了实现和处理方便，隶属函数均采用线性函

7、数，各邀i＝NB，NS，Z，PS，PB；j＝NB，Z，PB妖语言值的定义由图2给出的E、EC和V的隶属函数曲线反模糊化采用重心法，计算公式［2］如式（1）所示：来描述。U＝蒡μuU（1）蒡μu通过这种反模糊方法可以确定合理的转动角度。4实验结果及分析通过采集当前路况信号，对舵机的转向角进行控制，以实现对小车循迹功能的控制，智能小车前轮转向角度的输出是通过对舵机输入PWM信号的调制脉宽进行控制的。实验中测出脉宽在4162μs至4838μs之间，对应舵机转轴的转角为－45°到＋45°，转向机构将舵机的转角传递到前轮的方向转角。忽略舵机

8、的动态响应过程，在舵机处于稳态时，脉宽与前轮的方向转角存在一一对应的映射关系。因此模糊控制器的输出就是控制舵机的脉冲宽度，范围为4162～4838μs，输出时将论域定为0～676μs，即对应舵机向左或右打45°。本设计中采用的是智能小车对黑线的直接