智能車電磁檢測(cè)及控制算法的研究
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
3．1 基于模糊控制的變參數(shù)PD控制器
基于模糊控制的PID參數(shù)整定就是將模糊理論應(yīng)用到PID 3個(gè)參數(shù)的整定中，將模糊理論與PID控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)模糊PID控制器。本設(shè)計(jì)去掉了PID中的積分環(huán)節(jié)，采用基于模糊控制的變參數(shù)PD控制器。因積分環(huán)節(jié)主要是用于消除靜態(tài)誤差，相對(duì)于干擾較大舵機(jī)控制來(lái)說(shuō)，它的作用并不明顯，反而會(huì)降低響應(yīng)速度。變參數(shù)PD控制器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖中：rin為系統(tǒng)的輸入；yout為系統(tǒng)的輸出；error為系統(tǒng)輸入與輸出的差；ec為誤差的變化率。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179065.htm
為了實(shí)現(xiàn)變參數(shù)PD控制，算法引入了兩個(gè)新的變量：偏移角度的變化率△α和偏移距離的變化率△d。
3．2 模糊控制規(guī)則及參數(shù)的整定
在模糊控制中取誤差α(或d)和誤差變化率△α(或△d)為輸入語(yǔ)言變量，以構(gòu)成一個(gè)二維模糊控制器，每個(gè)語(yǔ)言變量取負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)七個(gè)語(yǔ)言值。根據(jù)各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)模糊控制模型，建立轉(zhuǎn)向模糊規(guī)則表。
參數(shù)的調(diào)整就是尋求Kp、KD與△α、△d之間的關(guān)系。智能車在運(yùn)行中不斷檢測(cè)α、d和△α、△d，然后查詢模糊規(guī)則表選擇合適的Kp、KD參數(shù)進(jìn)行控制。實(shí)際控制中，當(dāng)△α，△d增大時(shí)，表明車體有偏離導(dǎo)線的趨向，這時(shí)候增加Kp、KD，阻止車體的繼續(xù)偏離；當(dāng)△α，△d減小時(shí)，表明車體正逐漸趨近于導(dǎo)線，這時(shí)候就要減小Kp、KD。
設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)首先采用基于模糊控制的變參數(shù)PD控制器分別實(shí)現(xiàn)單個(gè)輸入量下的控制量輸出，然后實(shí)驗(yàn)得出的線性耦合關(guān)系將兩個(gè)輸出量耦合為一個(gè)量控制舵機(jī)。
圖7所示為轉(zhuǎn)向控制算法框圖。UA為純偏移角度控制時(shí)舵機(jī)的給定量，UL為純偏離距離控制時(shí)舵機(jī)的給定量，SG為最終的舵機(jī)給定量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的耦合關(guān)系為：SG=0．6UA+0．4UL。這時(shí)的舵機(jī)響應(yīng)速度快，直道的跟蹤效果很好，通過(guò)彎道時(shí)可以看到比較明顯的內(nèi)切。
4 速度控制算法的設(shè)計(jì)
智能車要完成起動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)等動(dòng)作。直線行走、拐彎和停車時(shí)要求不同的車速，因此速度必須采用閉環(huán)控制。智能車的速度與轉(zhuǎn)向是兩個(gè)獨(dú)立的被控量，但它們都是根據(jù)偏移角度α及偏離距離d來(lái)確定輸出給定量的。
根據(jù)智能車速度控制的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用了變結(jié)構(gòu)控制方法。變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指在控制過(guò)程(活瞬態(tài)過(guò)程)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(或叫模型)可發(fā)生變化的系統(tǒng)。變結(jié)構(gòu)控制對(duì)加給系統(tǒng)的攝動(dòng)和干擾有良好的白適應(yīng)性。對(duì)于車速的控制，當(dāng)偏差較小時(shí)，采用PID控制，提高穩(wěn)態(tài)精度；當(dāng)偏差較大時(shí)，采用PD控制，以便加快響應(yīng)速度；當(dāng)偏差大于可調(diào)節(jié)范圍時(shí)，采用Bang-Bang控制。圖8所示為速度控制算法框圖。
不同的偏移角α及偏離距離d通過(guò)查詢速度模糊規(guī)則表得到給定速度等級(jí)V。系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際速度值，同當(dāng)前的設(shè)定值做比較，根據(jù)誤差范圍的不同分別采用PID控制、PD控制和Bang-Bang控制。當(dāng)速度誤差在±5％時(shí)采用PID控制；當(dāng)速度誤差在±5％～±10％時(shí)采用PD控制；當(dāng)速度誤差大于±10％時(shí)采用Bang-Bang控制。
5 結(jié)論
基于電磁傳感器的智能車的設(shè)計(jì)，可以檢測(cè)出車模相對(duì)于導(dǎo)線的偏移角度α及偏離距離d，并以此作為控制的輸入量。通過(guò)變參數(shù)的PD控制和變結(jié)構(gòu)控制分別實(shí)現(xiàn)舵機(jī)和電機(jī)的精確控制。整體調(diào)試后車模速度由傳統(tǒng)控制方法下的1．8 m／s提高到目前的2．3 m／s，轉(zhuǎn)彎處可以看到比較明顯的內(nèi)切。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種控制方法相對(duì)于單一的PID控制具有響應(yīng)時(shí)間快，穩(wěn)態(tài)性能好，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
評(píng)論