单神经元 PID 控制算法在智能车控制系统的应用.pdf

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1、１３４化工自动化及仪表第４２卷单神经元PID控制算法在智能车控制系统的应用侯一民朱志超（东北电力大学自动化工程学院，吉林吉林１３２０００）摘要针对传统ＰＩＤ控制算法对智能车的舵机和电机进行控制时，其控制参数很难随环境变化进行自整定，进而影响智能车的运行状态的问题，提出单神经元ＰＩＤ控制算法，该算法具有参数自整定能力强、现场调整参数少、调整周期短及稳定性好等优点。通过对智能车的系统结构和运动学模型进行分析，根据单神经元ＰＩＤ算法的控制策略，进行多种算法的仿真测试并将其应用在实际的智能车控制试验中。结果表明：单神经元ＰＩＤ控制算法能够使控制系统以较好的状态运行，实现智能车快

2、速稳定的自主循迹行驶。关键词智能车控制系统单神经元ＰＩＤ控制算法运动学模型中图分类号ＴＨ８６２文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）０２-０１３４-０５智能车即无人驾驶车辆，涉及环境感知、路径规划、驾驶行为智能决策、车辆导航定位及车辆自动控制等技术领域，作为智能交通系统中许多高新技术的载体而受到广泛关注。对于智能车的研究，控制部分作为最底层和最重要的环节，是智能［１］车的核心部分。图１智能车硬件整体结构框图ＰＩＤ算法作为典型的传统反馈控制，以结构简单、鲁棒性好及稳定性高等优点而广泛应用。由寿命长、污染小的额定电压为７．２Ｖ的镍肖建文和李永科运用增量型ＰＩＤ控

3、制算法对舵机镉充电电池为智能车各系统提供特定电源，以和电机进行控制，但在环境变化时，该算法不能及［５］ＭＫ６０ＤＮ５１２ＺＡＬＱ１０单片机为控制核心，经线时自整定控制参数，小车的行驶易受干扰而出现阵ＣＣＤ镜头采集的赛道信息成像在感光元件上，［２］振荡。针对这一缺点，林焕新等提出了模糊量化后得到１２８个电压值，经运算放大器传给单ＰＩＤ控制算法，该方法克服了ＰＩＤ参数不能自整片机的Ａ／Ｄ转换器，并进行图像处理，将结果传定的缺点，但模糊控制规则是根据研究者的先验给控制器，输出结果：知识和实践经验确定的，具有不完整和主观性强a．经单片机ＦＴＭ模块产生方波，传给［３］的缺点。黄志

4、强提出了分段ＰＩＤ控制算法，该ＢＴＮ７９６０模块，根据输入的占空比控制输出电压，算法需对路径进行分段，降低了控制器的运行速进而控制电机转速，最终的控制目的是使智能车［４］度，从而影响小车的行驶速度。为此，笔者尝试以最快的速度沿赛道中心线稳定运行；将具有自学习、鲁棒性强及不需建立具体的数学b．单片机ＦＴＭＰＷ模块产生ＰＷＭ方波，方模型等优点的单神经元算法与经典ＰＩＤ算法相结波的脉宽决定了舵机的输出转角，用于控制车轮合实现对智能车的控制。沿赛道中心线行驶，最终的控制目的是使智能车①1智能车硬件结构能够做半圆周运动，即驶过弯道。智能车能否平稳快速行驶，取决于小车系统的路径识别

5、、判断及反应能力等，这都与小车的硬①收稿日期：２０１４-１２-０４（修改稿）件系统有关，因此设计时要充分考虑其合理性。基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０６６２００３）；吉林省智能车硬件整体结构如图１所示。“十二五”科研规划项目（［２０１１］８０）；吉林市科技计划项目（２０１３６２５００７）第２期侯一民等．单神经元ＰＩＤ控制算法在智能车控制系统的应用１３５２2智能车的运动学模型２２L（xM－a）＋（yM－b）＝（７）ｔａｎβ智能车在直道行驶时，经ＢＴＮ７９６０芯片输出式（７）中，a、b和L均为常数，因此其结果只的电压与电机转速成正比，因此只需对舵机建立与β有关，当β

6、确定时，M点的运行轨迹为圆。所运动学模型。智能车的舵机安装在前轴中心处，以可以确定智能车在转弯过程中做的是圆周运所以舵机驱动角度与前轮转向角度成正比关系，动，继而可以应用控制器对智能车的舵机在弯道因此只需证明智能车在转弯时是圆周运动，控制［６］中进行控制。笔者引入单神经元ＰＩＤ控制器实现器即可实现对舵机的转弯控制。智能车舵机运对智能车舵机的控制。动力学分析如图２所示，智能车从M点出发以速3智能车控制策略率vA行驶t时刻后走过弧长S到达N点，vD为车对于智能车控制系统，若把跑道的路径变化前轮转过一定角度后的行驶速率；O′为瞬时转向看作系统的输入，那么此系统可以看作一个随动

7、中心。系统，智能车应跟随道路变化而运行；若把跑道的路径变化看作对智能车控制系统的扰动，那么此系统可看作一个恒值控制系统，智能车应能够适应道路曲变而更加平稳快速地运行。因此要选择合适的控制算法，既要满足跟随系统的动态特性，又要满足恒值控制系统的稳定性。运行中，智能车的行驶环境会受光照等因素影响，针对电机和舵机的控制，应能实时准确地跟踪多变的赛道。采用传统ＰＩＤ控制算法时，智能车的行驶方图２智能车舵机运动力学分析向和道路中心线之间的距离偏差，经过ＰＩＤ控制由图２可知，智能车运行弧长S对应的半径器的积分和微分环节处理后，分别计算出积分值R为：和