基于MATLAB模糊工具箱的实例仿真分析 自动倒车.doc

基于MA T L A B模糊逻辑工具箱的模糊控制系统仿真 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） 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，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Truck kinematics为方程组表示的汽车系统模型，并经过了封装；Fuzzy controller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。 2.2 Matlab模糊逻辑工具箱介绍 模糊逻辑工具箱(Fuzzy Logic Toolbox )位于仿模块库Simulink Library Browser)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。这里介绍的是用简捷、直观的图形用户界面方式建立的模糊控制器，其一般由五个界面组成，如图5所示。 在FIS的GUI五个界面中，有三个是可以交互编辑的，用户可以随时打开任一编辑器进行删改、编修、调试、观测和保存： （1）FIS Editor(模糊推理系统编辑器)：处理系统的高级问题，如定义输入、输出变量的个数、名称以及值域等； （2）Membership Function Editor(隶属函数编辑器)：定义与每个变量关联的隶属函数的类型等参数； （3）Ruler Ed