基于模糊控制和PID控制自主车辆速度跟踪控制含MATLAB仿真程序Word格式.docx
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ZO
P3
PS
P4
PM
P5
PB
P6
设置模糊规则库如下表：
表2：
模糊规则表
U
E
EC
—
NS＊
3。
模糊推理
由模糊规则表3可以知道输入E与EC和输出U的模糊关系，这里我取两个例子做模糊推理如下：
if（EisNB）and（ECisNM）then（UisPB）
那么他的模糊关系子矩阵为：
其中，
，即表1中NB对应行向量,同理可以得到,
if（EisNBorNM）and（ECisNB）then（UisPB）
结果略。
按此法可得到27个关系子矩阵，对所有子矩阵取并集得到模糊关系矩阵如下：
由R可以得到模拟量输出为：
4。
去模糊化
由上面得到的模拟量输出为1×
7的模糊向量，每一行的行元素（u（zij））对应相应的离散变量zj,则可通过加权平均法公式解模糊：
从而得到实际刹车控制量的精确值u。
油门控制：
油门控制采用增量式PID控制，即:
其中ki=kp×
ts/Ti,
=kp×
Td/ts只需要设置
、Ti、Td三个参数即可输出油门控制量。
二、调整参数
按照上述算法流程，应用MATLAB进行仿真实现，在参数调试过程中采用如下方法：
首先将油门和刹车分开进行调整参数，最后再将调整好的参数写入总程序中调整。
1.油门PID参数调节
油门只需要调整kp、Ti、Td三个参数，根据经验,首先令Ti、Td为0，kp由0逐渐增大，在增大kp的过程可知,kp越大系统调节时间越短并趋于稳定，在达到一定程度后,继续增大系统将出现波动。
kp=0.1kp=0.4
kp=0.9
调节Ti的过程发现，Ti对系统稳定性影响并不大，将Ti由10增大到30的过程中系统输出没有变化。
Ti=10Ti=30
在给Td赋值时,最开始从1增大，发现系统越来越不稳定,于是逐渐减小，到0.003时趋于稳定，它的可调节范围很小，随其值的减小最大误差值逐渐减小，增大则系统趋于不稳定。
kp=0.001kp=0。
002
kp=0.003
2。
刹车调节
首先，为了适应该系统,将刹车输出量限制在[-150,150]之内（最初设计其范围为［-30，30]）,对于该控制，可调节参数较多，包括隶属度函数、模糊规则表、输入输出变量区间、语言值论域、模糊推理及解模糊方法等等，这里由于模糊规则需要经验设定，本算法没有实际参考，所以这里只调整规则表,其他参数固定不变。
以下为最初设计的模糊规则表:
由于实际刹车控制中对于加速采取比较单一的置零（在选择规则中设定）输出，所以在规则表中e〈0部分没有规则，然而为了仿真方便，使参数调节更清晰,重新定义模糊规则表如下：
与此同时，将刹车的输出变量取反,以此来实现减速的效果！
在调整模糊规则表的时候,必须依据输入变量e和ec的范围逐个检验，按照他们各自的语言值以及相应的输出语言值进行调整。
例如，初始速度为50，期望速度为0，即e=-50，ec=-50，则此时输出对应模糊规则表中第一行第一列PB，而下一时刻ec几乎为0，所以在调节过程中,主要进行对EC变量的ZO行进行调节，若响应时间短，则增大相应输出语言值，反之亦然.
仿真时，分两段，首先加速，之后减速，采用上面的模糊规则表，得到如下图像：
从图像的上升阶段分析可以看出，其加速阶段并不能达到稳态值，但对于刹车控制可以忽略其影响,而减速阶段实际上已经比较理想,我取稳态误差达到5%稳定，则此规则达到稳态的时间为7。
4s,这里尝试进行如下修改，将规则表中带下划线的部分以此改为：
PM,PS，PS,ZO，即，增大了输出语言值。
则得到如下图像:
此规则达到稳定的时间为6.9s，由此分析模糊规则的调整规则如下：
若想加快响应时间，增大误差和误差变化率负大区域附近的输出语言值，并增大误差变化率零区域附近的输出语言值，可能还会引起超调量的增大，所以只需做临近语言值之间的变化。
3.整体调节
此时将刹车与油门同时加到仿真模型中，分别做加速和减速仿真，依据分别调节时的规律做微量调节就可以基本达到要求。
待解决问题
在调试过程中发现，油门控制（PID）过程在达到稳态时出现抖动，并且三个参数对他的影响很小,具体原因待考证;
油门控制给系统的输入值出现大波动，每一次达到峰值持续相同时间后变为0再持续一段时间又变为峰值；
模糊控制的语言值论域较小,对于扩大语言值论域对系统的影响还有待验证；
模糊控制的输入变量压缩方式有待验证其合理性；
模糊控制与PID控制的相互配合,在该程序中，由于两种控制的输出控制量不同，在给到仿真系统时很难统一；
油门与上车的选择规则与实际系统还存在很大的改进.
附录
MATLAB仿真程序
functionkk=bingji（A）
fori=1：
49
fork=1:
7
forj=1：
26
n=7*j+k;
if（A（i，k）>
=A（i,n））
kk（i,k）=A（i，k）；
else
A（i，k）=A（i，n）；
end
end
functiono=dikaer（A，n，B,N）
n
forj=1:
N
if（A（i）〈=B（j））
C（i,j）=A（i）;
C（i，j）=B（j）；
o=C;
return；
functionT=flisan（a,b，n,x）
y=（a+b）/2+（b—a）＊x/（2＊n）;
T=round（y）;
return;
functionmm=bell（x，a，b,c）
z=abs（（x—c）/a）^（2b）；
y=1/（1+z）;
mm=y;
return;
functionooo=jbing（A,B）
fori=1:
if（A（i，j）〈B（i,j））
A（i,j）=B（i,j）;
ooo=A;
functionMM=jdikaer（A,n，B，m）
fori=1:
m
if（A（j）<
B（j，i））
B（j，i）=A（j）;
MM=B；
functionoo=jiao（A,B）
fori=1：
if（A（i，j）>
B（i,j））
A（i,j）=B（i，j）;
oo=A;
functionmm=lbell（x，a,b，c）
if（x〈c）
mm=1;
else
z=（x-c）/a;
v=abs（z）;
n=v^（2*b）；
y=1/（1+n）；
functionL=lisan（a,b,n,x）
y=2＊n＊x/（b—a）—n＊（a+b）/（b-a）;
L=y；
functionUU=max（A）
if（A（j,i）〉=Q（i））
Q（i）=A（i，j）;
UU=Q;
functionsum1=mean（U）
a=[—3-2-10123］;
sum2=0;
sum3=0；
sum2=sum2+U（i）；
sum3=sum3+U（i）＊a（i）；
sum1=sum3/sum2;
functionmm=rbell（x,a,b，c）
if（x〉c）
mm=1；
z=（x-c）/a；
y=1/（1+n）;
mm=y；
functionmww=trig（x,a，b，c）
if（x〈=a）
mww=0;
else
if（x>
a&
&
x<
=b）
mww=（x-a）/（b-a）；
if（x〉b＆＆x〈=c）
mww=（c—x）/（c—b）;
c）
functionooo=xbing（A，B）
if（A（i）〈B（i））
A（i）=B（i）;
clearall
％＊＊**＊＊**＊*＊＊＊＊＊*＊***＊**＊Ä
£
º
ý
Ë
ã
·
¨
％/*＊＊＊*＊*＊＊Á
¥
Ê
ô
¶
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Ï
ò
Á
¿
*＊＊*＊%
P0=［1，0。
5,0,0,0,0，0］;
%＊*＊＊＊＊*＊*NB
P1=［0，1,0。
5,0,0，0,0];
％**＊＊＊*＊＊＊NM
P2=［0,0.5,1,0。
5,0，0,0];
％*＊＊***＊**NS
P3=［0,0，0.5，1，0.5，0,0];
%＊＊**＊****ZO
P4=[0，0，0,0.5，1,0.5，0];
%＊*＊＊**＊*＊PS
P5=[0,0,0,0，0.5,1，0]；
%*＊*＊＊＊＊＊*PM
P6=［0，0,0,0，0，0。
5，1］；
％**＊＊＊＊***PB
%*＊*＊＊*＊＊**＊Ó
ï
Ñ
Ô
Ö
µ
＊＊*＊*%
NB=-3;
NM=—2;
NS=—1；
ZO=0;
PS=1；
PM=2；
PB=3;
%/**＊*＊＊＊**Ä
¹
æ
±
í
*＊**＊%
Pg=[PBPBPMPMPSZOZO；
PBPMPMPSZOZONS;
PMPMPSPSZONSNS；
PMPSPSZOZONSNM；
PSPSZOZOZONSNM;
PSZOZOZONSNMNB;
ZOZOZONSNMNMNB］；
%/********＊¸
ù
¾
Ý
Ä
¼
Æ
Ø
Õ
ó
R＊＊＊＊＊％
R1_=dikaer（xbing（P0，P1），7,P0,7）;
R1_=reshape（R1_,1,49）;
R1=dikaer（R1_,49,P6,7）;
R2_=dikaer（xbing（P2，P3），7，P0,7）;
R2_=reshape（R2_，1,49）;
R2=dikaer（R2_,49,P5，7）;
R3_=dikaer（P0，7，P1,7）;
R3_=reshape（R3_，1,49）;
R3=dikaer（R2_，49，P6，7）;
R4_=dikaer（xbing（P1,P2），7，P1,7）;
R4_=reshape（R4_，1,49）；
R4=dikaer（R4_,49,P5，7）;
R5_=dikaer（P3,7,P1,7）;
R5_=reshape（R5_,1,49）;
R5=dikaer（R5_,49,P4,7）;
R6_=dikaer（xbing（P0，P1），7,P2，7）；
R6_=reshape（R6_,1，49）;
R6=dikaer（R6_,49,P5，7）;
R7_=dikaer（xbing（P2,P3）,7,P2,7）;
R7_=reshape（R7_，1，49）；
R7=dikaer（R7_,49，P4,7）;
R8_=dikaer（P0，7,P3，7）；
R8_=reshape（R8_，1，49）;
R8=dikaer（R8_，49,P5,7）;
R9_=dikaer（xbing（P1，P2）,7,P3，7）;
R9_=reshape（R9_，1，49）；
R9=dikaer（R9_,49,P4,7）;
R10_=dikaer（P3，7,P3，7）；
R10_=reshape（R10_,1,49）;
R10=dikaer（R10_,49,P3，7）；
R11_=dikaer（xbing（P0,P1）,7，P4,7）;
R11_=reshape（R11_，1,49）；
R11=dikaer（R11_，49，P4，7）；
P45=xbing（P4，P5）;
R12_=dikaer（xbing（P2，P3），7，P45,7）;
R12_=reshape（R12_，1，49）；
R12=dikaer（R12_,49,P3,7）;
R13_=dikaer（P0，7,P5,7）;
R13_=reshape（R13_,1，49）;
R13=dikaer（R13_,49，P4,7）；
R14_=dikaer（P1，7，P5,7）；
R14_=reshape（R14_，1,49）;
R14=dikaer（R14_,49，P3,7）;
P01=xbing（P0,P1）;
R15_=dikaer（xbing（P01,P2），7,P6,7）;
R15_=reshape（R15_，1,49）;
R15=dikaer（R15_,49，P3，7）;
R16_=dikaer（P3，7,P6,7）；
R16_=reshape（R16_,1,49）;
R16=dikaer（R16_,49，P2，7）;
R17_=dikaer（P4,7,P0,7）;
R17_=reshape（R17_,1，49）；
R17=dikaer（R17_，49,P4,7）；
R18_=dikaer（xbing（P5,P6）,7,P0,7）；
R18_=reshape（R18_,1,49）;
R18=dikaer（R18_,49，P3，7）；
R19_=dikaer（xbing（P4，P5）,7，P1，7）;
R19_=reshape（R19_，1，49）；
R19=dikaer（R19_,49,P3，7）;
R20_=dikaer（P6，7，xbing（P1,P2），7）；
R20_=reshape（R20_,1，49）;
R20=dikaer（R20_，49,P2,7）;
P23=xbing（P2,P3）;
R21_=dikaer（P4，7，xbing（P23，P4），7）；
R21_=reshape（R21_，1，49）;
R21=dikaer（R21_,49,P3,7）；
R22_=dikaer（P5,7，xbing（P23，P4）,7）;
R22_=reshape（R22_,1，49）;
R22=dikaer（R22_,49,P2，7）;
R23_=dikaer（P6,7，xbing（P3,P4），7）；
R23_=reshape（R23_,1，49）；
R23=dikaer（R23_,49,P1，7）；
R24_=dikaer（P4,7，P5，7）；
R24_=reshape（R24_,1，49）;
R24=dikaer（R24_,49,P2,7）;
R25_=dikaer（P5,7，P5,7）;
R25_=reshape（R25_,1，49）；
R25=dikaer（R25_,49,P1，7）;
R26_=dikaer（P6，7,xbing（P6,P5）,7）;
R26_=reshape（R26_,1，49）;
R26=dikaer（R26_,49,P0，7）；
R27_=dikaer（xbing（P4，P5）,7，P6，7）；
R27_=reshape（R27_,1,49）；
R27=dikaer（R27_，49,P1,7）；
m=[R1,R2，R3，R4,R5，R6，R7,R8,R9，R10，R11,R12，R13，R14,R15，R16，R17，R18,R19,R20,R21,R22，R23,R24，R25,R26，R27]；
R=bingji（m）；
％**＊**＊***＊＊＊＊³
õ
»
¯
ä
e=0；
ec=0;
y_1=0;
y_2=0;
u=0;
u_1=0；
u_2=0；
u_3=0;
e_1=0；
e_2=0；
Eswith=10;
throttle_1=0;
brake_1=0；
x=［000］；
ts=0。
001；
sys=tf（1，［1,2，1],'
inputdelay'
，0。
5）；
dsys=c2d（sys,ts，'
zoh'
）;
[num，den]=tfdata（dsys，’v’）;
fork=1：
1:
40000
%＊****＊**＊＊＊***＊＊¿
Í
³
time（k）=k*ts；
if（k〈20000）
vd（k）=50;
vd（k）=0；
y（k）=—den
（2）*y_1-den（3）＊y_2+num
（2）＊u_1+num（3）*u_2；
e=vd（k）-y（k）;
ec=e—e_1；
u_3=u_2;
u_2=u_1；
u_1=u；
y_2=y_1;
y_1=y（k）;
x
（1）=e；
x
（2）=（e—e_1）/ts；
x（3）=x（3）+e＊ts;
%**＊*＊***＊＊***＊＊＊＊＊**＊*＊*＊＊*****Ó
Ã
Å
kp=0.42;
Ti=30；
Td=0.0018；
％＊**vd（k）=1
％kp=0.42；
Ti=30;
Td=0.0018;
％**＊vd（k）=1
%kp=0。
0015；
Ti=0.01；
Td=0。
002；
％**＊vd（k）=1*time（k）+10
0015;
Ti=0.001;
002;
％***vd（k）=1＊time（k）^2+time（k）+2；
ki=kp＊ts/Ti;
kd=kp*Td/ts;
dthrottle=kp＊x
（1）+kd＊x
（2）+ki＊x（3）；
throttle=u_1+dthrottle；
if（throttle>
2000）
throttle=2000；
if（throttle<
-2000）
throttle=-2000；
％**＊＊*＊＊***＊＊*＊＊*＊＊**＊＊＊＊****É
²
％/＊*＊＊＊＊＊*＊Ñ
ë
***＊＊%
E=lisan（-50，50,3,e）;
EC=lisan（—20,20,3,ec）;
%/＊*＊＊＊*＊*＊¼
Î
î
¡
¢
Â
＊***＊%
E_R
（1）=lbell（E,1,4，-3）；
E_R
（2）=trig（E，—3,-2，0）；
E_R（3）=trig（E,—3,—1,1）;
E_R（4）=trig（E，—2，0，2）;
E_R（5）=trig（E，—1，1，3）;
E_R（6）=trig（E,0，2，3）；
E_R（7）=rbell（E,1，4，3）;
EC_R
（1）=lbell（EC,1，4,-3）；
EC_R
（2）=trig（EC，-3,-2，0）;
EC_R（3）=trig（EC，-3，—1，1）；
EC_R（4）=trig（EC,-2,0，2）；
EC_R（5）=trig（EC,-1，1，3）；
EC_R（6）=trig（EC,0,2,3）;
EC_R（7）=rbell（EC，1,4,3）;
％/*＊＊＊*＊＊**¼
ö
*＊*＊*%
U_R1=dika
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