智能車(chē)電磁檢測及控制算法的研究

為了實(shí)現變參數PD控制，算法引入了兩個(gè)新的變量：偏移角度的變化率△α和偏移距離的變化率△d。
3．2 模糊控制規則及參數的整定
在模糊控制中取誤差α(或d)和誤差變化率△α(或△d)為輸入語(yǔ)言變量，以構成一個(gè)二維模糊控制器，每個(gè)語(yǔ)言變量取負大(NB)、負中(NM)、負小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)七個(gè)語(yǔ)言值。根據各模糊子集的隸屬度賦值表和各參數模糊控制模型，建立轉向模糊規則表。
參數的調整就是尋求Kp、KD與△α、△d之間的關(guān)系。智能車(chē)在運行中不斷檢測α、d和△α、△d，然后查詢(xún)模糊規則表選擇合適的Kp、KD參數進(jìn)行控制。實(shí)際控制中，當△α，△d增大時(shí)，表明車(chē)體有偏離導線(xiàn)的趨向，這時(shí)候增加Kp、KD，阻止車(chē)體的繼續偏離；當△α，△d減小時(shí)，表明車(chē)體正逐漸趨近于導線(xiàn)，這時(shí)候就要減小Kp、KD。
設計中，系統首先采用基于模糊控制的變參數PD控制器分別實(shí)現單個(gè)輸入量下的控制量輸出，然后實(shí)驗得出的線(xiàn)性耦合關(guān)系將兩個(gè)輸出量耦合為一個(gè)量控制舵機。
圖7所示為轉向控制算法框圖。UA為純偏移角度控制時(shí)舵機的給定量，UL為純偏離距離控制時(shí)舵機的給定量，SG為最終的舵機給定量。通過(guò)實(shí)驗得到的耦合關(guān)系為：SG=0．6UA+0．4UL。這時(shí)的舵機響應速度快，直道的跟蹤效果很好，通過(guò)彎道時(shí)可以看到比較明顯的內切。

4 速度控制算法的設計
智能車(chē)要完成起動(dòng)、加速、減速、制動(dòng)等動(dòng)作。直線(xiàn)行走、拐彎和停車(chē)時(shí)要求不同的車(chē)速，因此速度必須采用閉環(huán)控制。智能車(chē)的速度與轉向是兩個(gè)獨立的被控量，但它們都是根據偏移角度α及偏離距離d來(lái)確定輸出給定量的。
根據智能車(chē)速度控制的特點(diǎn)，設計采用了變結構控制方法。變結構系統是指在控制過(guò)程(活瞬態(tài)過(guò)程)中，系統結構(或叫模型)可發(fā)生變化的系統。變結構控制對加給系統的攝動(dòng)和干擾有良好的白適應性。對于車(chē)速的控制，當偏差較小時(shí)，采用PID控制，提高穩態(tài)精度；當偏差較大時(shí)，采用PD控制，以便加快響應速度；當偏差大于可調節范圍時(shí)，采用Bang-Bang控制。圖8所示為速度控制算法框圖。

不同的偏移角α及偏離距離d通過(guò)查詢(xún)速度模糊規則表得到給定速度等級V。系統實(shí)時(shí)檢測電機的實(shí)際速度值，同當前的設定值做比較，根據誤差范圍的不同分別采用PID控制、PD控制和Bang-Bang控制。當速度誤差在±5％時(shí)采用PID控制；當速度誤差在±5％～±10％時(shí)采用PD控制；當速度誤差大于±10％時(shí)采用Bang-Bang控制。

5 結論
基于電磁傳感器的智能車(chē)的設計，可以檢測出車(chē)模相對于導線(xiàn)的偏移角度α及偏離距離d，并以此作為控制的輸入量。通過(guò)變參數的PD控制和變結構控制分別實(shí)現舵機和電機的精確控制。整體調試后車(chē)模速度由傳統控制方法下的1．8 m／s提高到目前的2．3 m／s，轉彎處可以看到比較明顯的內切。實(shí)驗結果表明，這種控制方法相對于單一的PID控制具有響應時(shí)間快，穩態(tài)性能好，抗干擾能力強的特點(diǎn)。