基于模糊控制和PID控制的自主车辆速度跟踪控制(含MATLAB仿真程序).docVIP

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/h≤e（k）≤50km/h，-20≤ec= e（k）- e（k-1）≤20，阀值eswith=10km/h。 若：e（k）0 = 1 \* GB3 ① e（k）- eswith and throttlr_1≠0 选择油门控制 = 2 \* GB3 ② 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语言值隶属度向量表 -3 -2 -1 0 1 2 3 NB 1 0.5 0 0 0 0 0 P0 NM 0 1 0.5 0 0 0 0 P1 NS 0 0.5 1 0.5 0 0 0 P2 ZO 0 0 0.5 1 0.5 0 0 P3 PS 0 0 0 0.5 1 0.5 0 P4 PM 0 0 0 0 0.5 1 0 P5 PB 0 0 0 0 0 0.5 1 P6 设置模糊规则库如下表： 表2：模糊规则表 U E EC — NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PM PM PS ZO ZO NS NS PM PM PS PS ZO NS NS ZO PM PS PS ZO ZO NS NM PS PS PS ZO ZO ZO NS NM PM PS ZO ZO ZO NS NM NB PB ZO ZO ZO NS* NM NM NB 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 (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=0.1 kp=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=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