【电子设计大赛专营】前馈-改进PID算法在智能车控制上的应用[].docVIP

前馈-改进PID算法在智能车控制上的应用佚名?? 【减小字体】 【增大字体】  各位智能车同仁，加油哦！当然记得支持本店哦！我们一定会竭诚为你服务 电子设计大赛专营店 HYPERLINK http:// / 1 引言 ??? 智能车 HYPERLINK \t _blank 系统是一个时变且非线性的 HYPERLINK \t _blank 系统，采用传统PID算法的单一的反馈控制会使 HYPERLINK \t _blank 系统存在不同程度的超调和振荡现象，无法得到理想的控制效果。 HYPERLINK \t _blank 本文将前馈控制引入到了智能车 HYPERLINK \t _blank 系统的控制中，有效地改善了 HYPERLINK \t _blank 系统的实时性，提高了 HYPERLINK \t _blank 系统的反应速度[1]；并且根据智能车 HYPERLINK \t _blank 系统的特点，对数字PID算法进行了改进，引入了微分先行和不完全微分环节，改善了 HYPERLINK \t _blank 系统的动态特性；同时，利用模糊控制具有对参数变化不敏感和鲁棒性强的特点[2]， HYPERLINK \t _blank 本文将模糊算法与PID算法相结合，有效地提高了智能车的适应性和鲁棒性，改善了 HYPERLINK \t _blank 系统的控制性能。 2 ?改进PID算法 ??? 智能车的控制是由飞思卡尔公司的S12芯片完成，所以对智能车的控制要采用 HYPERLINK \t _blank 计算机控制方法。 HYPERLINK \t _blank 本文针对智能车控制的特殊性，对传统数字PID算法做了一些改进，这样可以更好地满足智能车控制的需要。 2.1不完全微分PID ??? 将微分环节引入智能车的方向和速度控制，明显地改善了 HYPERLINK \t _blank 系统的动态性能，但对于误差干扰突变也特别敏感，对 HYPERLINK \t _blank 系统的稳定性有一定的不良影响。为了克服上述缺点， HYPERLINK \t _blank 本文在PID算法中加入了一阶惯性环节[3] ，不完全微分PID算法结构如图1所示。 图1? 不完全微分PID算法机构图 ??? 将一阶惯性环节直接加到微分环节上，可得到 HYPERLINK \t _blank 系统的传递函数为： ?????????????????????? （1） ??? 将（1）式的微分项推导并整理，得到方程如下： ?????????????????????????????? ?（2） 式中， ，由 HYPERLINK \t _blank 系统的时间常数 和一阶惯性环节时间常数 决定的一个常数。 为了编程方便，可以将2-2式写成如下形式： ??? ?????????????????? （3） 式中， 。 ??? 分析式（3）可知，引入不完全微分以后，微分输出在第一个采样周期内被减少了，此后又按照一定比例衰减[3][4]。实验表明，不完全微分有效克服了智能车的偏差干扰给速度控制带来的不良影响，具有较好的控制效果。图2为不完全微分PID算法的程序流程图。 2.2 微分先行PID ??? 由于智能车在跑道上行驶时，经常会遇到转弯的情况，所以智能车的速度设定值和方向设定值都会发生频繁的变化，从而造成 HYPERLINK \t _blank 系统的振荡。为了解决设定值的频繁变化给 HYPERLINK \t _blank 系统带来的不良影响， HYPERLINK \t _blank 本文在智能车的速度和方向控制上引入了微分先行PID算法，其特点是只对输出量进行微分，即只对速度测量值和舵机偏转量进行微分，而不对速度和方向的设定值进行微分。这样，在设定值发生变化时，输出量并不会改变，而被控量的变化相对是比较缓和的，这就很好地避免了设定值的频繁变化给 HYPERLINK \t _blank 系统造成的振荡，明显地改善了 HYPERLINK \t _blank 系统的动态性能。 ??? 图3是微分先行PID控制的结构图，微分先行的增量控制算式如下。??????? （4） 图2 ?不完全微分PID算法的程序流程图 图3? 微分先行PID控制结构图 3 ?前馈控制的应用 ??? 由于智能车的跑道宽度有限制，所以在经过急转弯的时候，如果速度和方向控制不及时，智能车就可能冲出跑道。由于前馈控制是开环控制，所以前馈控制的响应速度很快。将前馈控制引入到智能车的控制中，能够提高舵机和伺服电