基于matlab模糊工具箱的实例仿真分析 自动倒车

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1、基于MATLAB模糊逻辑工具箱的模糊控制系统仿真分析——汽车自动倒车系统MATLAB软件提供自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析、图象处理等诸多工具箱，功能强大应用广泛。本文是基于MATLAB的模糊逻辑工具箱(FuzzyLogic)设计的模糊控制器和SIMULINK仿真进行的分析。一、倒车系统模型分析汽车倒车过程如图1所示。由实际操作经验我们可以知道，对于车辆垂直泊车这一操作过程而言，驾驶员的驾驶操作步骤总结如下：（1）首先车辆驶进停车场，开始寻找合适的目标泊车位，当车辆探测到停车位后，将车位作为目标位置，进行倒车动作。此时，以目标

2、车位的左后角点为坐标原点，以车道方向为X轴，垂直车位方向为Y轴，建立坐标系，如图2所示；（2）开始泊车，此过程中主要是微调车辆前轮转角，当车辆的尾部接近停车空间的中部时，车辆便开始以较大的前轮转角泊车，直至车辆尾部到达停车空间的右侧。随着车辆与停车空间相对位置的变化，车辆的前轮转向也随之发生变化，车辆主轴的角度由0o左右开始逐渐增大，当接近于90o时，即车辆主轴与X轴正向垂直时，车辆前轮的转向变为0o，此后车辆进入下一阶段，准备垂直入库；（3）开始垂直泊车，理想情况下，此阶段驾驶员仅需扶正方向盘，保证车辆以稳定车速垂直泊车，直至车辆尾部接近停车

3、空间的底部时，到达期望目标位置，停车，随即完成整个垂直泊车任务。图1汽车倒车过程图2汽车转向运动学模型示意图图2中对应参数定义如下：：坐标系X轴正向与车辆主轴的夹角，或称车身航向角，取逆时针方向为正。：车辆前轮方向与车辆主轴夹角，或前轮转角，取顺时针方向为正。：车辆前后轮轴线中心坐标的间距，或称为轴距。：代表车辆运动速度，汽车倒车时为正，汽车前进时为负。：车辆前轮轴线中心坐标。：车辆后轮轴线中心坐标。该运动学模型的建立是在假设车辆的前轮速度恒定的条件下，汽车倒车过程中低速行驶的，车辆轮胎不需要产生侧向力，遵循阿克曼转向规律，此时可以用车辆的运动

4、学模型代替动力学模型，运动学分析如下：（1）由于整个倒车过程中的速度很低，最高车速要求不超过3km/h，即v3km/h。在汽车低速运动过程中，由于没有侧滑，这时后轴中心点在后轴轴向的速度为0，用方程式表达即为：（1）（2）由于车辆前轮与后轮是通过轴杆连在一起的，根据几何关系，前轴中心点坐标与后轴中心点坐标的关系为：（2）对该式求导：（3）（3）与x轴夹角为，由此与的关系为（4）（4）假设将低速运动中的车身看作是一个刚体，又由于后轮与车身运动方向一致，后轮轨迹在车身运动过程中能够完全体现车身的运动轨迹，所以可将后轮轴线中心坐标认为是车身运动坐标，

5、车辆的运动轨迹可用来表示，为方便起见，用来表示。即车身轨迹变化的控制量为，直接控制输出量为前转向轮转角。综上所述，可得车辆其连续的运动学方程为如下：其中，表示车身的横摆角速度。此处可以假设倒车时车速是恒定的，为后面仿真需要，定义车速为3km/h。二、倒车系统控制器的设计分析2.1自动倒车系统的控制要求自动倒车控制器的设计目标就是要实现在控制器的控制下，汽车能够无死区的倒车到目标位置，并且具有较高的控制精度，在倒车的同时能够成功避障。在实际的倒车中，自动倒车控制系统代替人控后，首先要估算一下车位的位置和车的相对位置，然后分析判断，确定一个行驶的路

6、线进行倒车，当确认汽车完全进入车库后，倒车结束。基于模糊控制的汽车自动倒车系统的工作流程如图3所示。图3倒车系统仿真流程图由此可得建立汽车倒车仿真模型需要的几个模块：模糊控制模、汽车模块、停比模块、动画显小模块、定位模块等。汽车倒车系统的仿真模型如图4所示。图4汽车倒车仿真模型（1）汽车模型汽车模型已在第一部分中分析，该汽车自动倒车系统有3个控制状态变量、、，一个输出变量。（2）汽车的停比模块汽车的停比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

7、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。其中，模块Truckkinematics为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。f()函数表达式为sqrt(x^2+y^2)，为现在位置到车库位置的距离，用于实现车辆的定位。2.2Matlab模糊逻辑工具箱介绍模糊逻辑工具箱(FuzzyLogicToolbox)位于仿模块库SimulinkLibraryBr

8、owser)中。Matlab提供了两种仿真方式：命令行操作和图形用户界面(GUI)，两者均能方便地建立、编辑、观察、分析和设计模糊控制系统。这里介绍的