基于模糊控制和PID控制自主车辆速度跟踪控制.docx

1、基于模糊控制和PID控制自主车辆速度跟踪控制一、设计原理设计思想：油门控制采用增量式PID控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。选择规则：首先定义速度偏差-50 km/he（k）50km/h，-20ec= e（k）- e（k-1）20，阀值eswith=10km/h。若：e（k）- eswith and throttlr_10 选择油门控制 否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制若：0e（k） 先选择刹车控制，再选择油门控制若：e（k）=0 直接跳出选择刹车控制：刹车采用模糊控制算法1.确定模糊语言变量e基本论域取-50,50，ec基本论域取-20,20，刹

2、车控制量输出u基本论域取-30,30，这里我将这三个变量按照下面的公式进行压缩离散化： 其中，n为离散度。e、ec和u均取离散度n=3，离散化后得到三个量的语言值论域分别为：E=EC=U=-3,-2,-1,0,1,2,3其对应语言值为 NB,NM,NS,ZO, PS,PM,PB 2.确定隶属度函数E/EC和U取相同的隶属度函数，边界选取钟形隶属度函数，中间取三角形隶属度函数，即： 说明：边界选择钟形隶属度函数，中间选用三角形隶属度函数，图像略。实际EC和E输入值若超出论域范围，则取相应的端点值。 3.模糊控制规则由隶属度函数可以得到语言值隶属度（通过图像直接可以看出）如下表：表1：E/EC和U

3、语言值隶属度向量表-3-2-10123NB10.500000P0NM010.50000P1NS00.510.5000P2ZO000.510.500P3PS0000.510.50P4PM00000.510P5PB000000.51P6设置模糊规则库如下表：表2：模糊规则表UEECNBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPMPMPSZOZONSNSPMPMPSPSZONSNSZOPMPSPSZOZONSNMPSPSPSZOZOZONSNMPMPSZOZOZONSNMNBPBZOZOZONS*NMNMNB3.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

4、里我取两个例子做模糊推理如下：if (E is NB) and (EC is NM) then (U is PB)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 (E is NB or NM) and (EC is NB) then (U is PB)，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17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

5、，即：其中ki=kpts/Ti，=kpTd/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=0.1 kp=0.4kp=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

6、有变化。 Ti=10 Ti=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=0.001 kp=0.002kp=0.0032.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：UEECNBN

7、MNSZONBPBPBPMPMNMPBPMPMPSNSPMPMPSPSZOPMPSPSZOPSPSPSZOZOPMPSZOZOZOPBZOZOZOZO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=A(i,n) kk(i,k)=A(i,k); else A(i,k)=A(i,n); kk(i,k)=A(i,k); end end endendfunction o=dikaer(A,n,B,N)for i=1:n for j=1:N if(A(i)=B(j) C(i,j)=A(i); else C(i,j)=B(j); end o=C; end end r

8、eturn;function T=flisan(a,b,n,x) y=(a+b)/2+(b-a)*x/(2*n); T=round(y); return; function mm=bell(x,a,b,c)z=abs(x-c)/a)(2b);y=1/(1+z);mm=y;return;function ooo=jbing(A,B) for i=1:49 for j=1:7 if(A(i,j)B(i,j) A(i,j)=B(i,j); end end ooo=A; end return;function MM=jdikaer(A,n,B,m)for i=1:m for j=1:n if(A(j)

9、B(i,j) A(i,j)=B(i,j); end end oo=A; end return;function mm=lbell(x,a,b,c)if(x=Q(i) Q(i)=A(i,j); end end UU=Q; end return;function sum1=mean(U) a=-3 -2 -1 0 1 2 3; sum2=0;sum3=0; for i=1:7 sum2=sum2+U(i); sum3=sum3+U(i)*a(i); end sum1=sum3/sum2; return;function mm=rbell(x,a,b,c)if(xc) mm=1;elsez=(x-c

10、)/a;v=abs(z);n=v(2*b);y=1/(1+n);mm=y;endreturn;function mww=trig(x,a,b,c) if(xa&xb&xc) mww=0; end end end end return; function ooo=xbing(A,B) for i=1:7 if(A(i)B(i) A(i)=B(i); end ooo=A; end return;clear all%*%/*%P0=1,0.5,0,0,0,0,0;%*NBP1=0,1,0.5,0,0,0,0;%*NMP2=0,0.5,1,0.5,0,0,0;%*NSP3=0,0,0.5,1,0.5,

11、0,0;%*ZOP4=0,0,0,0.5,1,0.5,0;%*PSP5=0,0,0,0,0.5,1,0;%*PMP6=0,0,0,0,0,0.5,1;%*PB%*%NB=-3;NM=-2;NS=-1;ZO=0;PS=1;PM=2;PB=3;%/*%Pg=PB PB PM PM PS ZO ZO; PB PM PM PS ZO ZO NS; PM PM PS PS ZO NS NS; PM PS PS ZO ZO NS NM; PS PS ZO ZO ZO NS NM; PS ZO ZO ZO NS NM NB; ZO ZO ZO NS NM NM NB;%/*R*%R1_=dikaer(xbi

12、ng(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,

13、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

14、,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,

15、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=di

16、kaer(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

17、(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

18、);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_

19、,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); %*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=0 0 0;ts=0.001;sys=tf(1,1,2,1,inputdelay,0.5);dsys=c2d(sys,ts,zoh);num,den=tfdata(ds

20、ys,v);for k=1:1:40000%*time(k)=k*ts;if(k2000) throttle=2000;endif(throttle-2000) throttle=-2000;end%*%/*%E=lisan(-50,50,3,e);EC=lisan(-20,20,3,ec);%/*%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);%/*%U_R1=dikaer(E_R,7,EC_R,