馮華勇

FENG Hua-yong

（ 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，德陽 618000 ）

0 前言

隨著科技的進(jìn)步，智能小車作為一種新型的科技產(chǎn)品，在軍事、民用中已經(jīng)發(fā)揮著越來越重要的功能。而對于智能小車軌跡的控制則成為了判斷小車智能化程度高低的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。本文就小車在黑白分明的曲線車道上行駛采用了模糊控制的方法。經(jīng)過實(shí)踐證明，小車保持了較高的速度與準(zhǔn)確度在此車道上行駛。

1 行駛策略分析

圖1 正常行駛

圖2 逆向行駛

如圖1所示，智能小車在白色廣場上沿黑色車道行駛，圖中（1～8）表示反射式光電傳感器RPR220，通過檢測道路顏色的不同產(chǎn)生不同的反射系數(shù)從而得到強(qiáng)弱信號，根據(jù)（1～8）號產(chǎn)生的高低電平信號可以得知小車偏離軌跡的程度，經(jīng)控制器判定計(jì)算后調(diào)整直流電機(jī)9、10的運(yùn)行狀態(tài)讓車道回到2、3之間，6、7之間正向行駛。其中2、3之間的寬度大于3倍黑線的寬度，其余相鄰兩個(gè)光電傳感器距離小于黑線寬度。當(dāng)兩個(gè)相鄰傳感器檢測到電平信號的變化時(shí)按前一單一電平狀態(tài)變化計(jì)算。例如：圖2所示當(dāng)車道位于接收管2、7上方時(shí)檢測到電平的變化，小車與車道按逆時(shí)針方向偏移了一個(gè)夾角。此時(shí)按行駛經(jīng)驗(yàn)需要電機(jī)9、10反轉(zhuǎn)倒車讓車道回歸到2、3之間。如果下一時(shí)刻傳感器7、8均檢測到信號變化按7的狀態(tài)變化計(jì)算。建立表1、表2如下：

表1 電機(jī)狀態(tài)

表2 電機(jī)狀態(tài)

上表中1～8表示傳感器檢測到道路黑線位置，*—0表示檢測到的信號從前*的高電平狀態(tài)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)（*表示1～8）。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按行駛策略分析可知，該控制系統(tǒng)主要解決信號檢測以及電機(jī)正反轉(zhuǎn)速度控制問題，考慮到控制的準(zhǔn)確度以及效率的問題，本文采用TMS320LF2407控制芯片與專家模糊控制系統(tǒng)相結(jié)合的控制方案。如圖3所示，在小車前后端底部安裝8個(gè)光電傳感器，反射接收信號后進(jìn)行電平高低處理，將高低電平送入DSP芯片TMS320LF2407進(jìn)行專家模糊算法處理，清晰化后控制9、10號直流電機(jī)的PWM脈寬的占空比實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)。鍵盤進(jìn)行啟動、停止控制，LED顯示行駛的時(shí)間。

圖3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 專家模糊控制

為了保證小車迅速、準(zhǔn)確的響應(yīng)，依據(jù)行駛策略分析和系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)，采用圖4的專家模糊控制器，此模糊控制器采用二維變量控制方式，由表1、表2建立專家數(shù)據(jù)，根據(jù)黑色車道偏離小車正中位置作為偏差E，dE/dt作為EC，可將E、EC程度均分為{負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大}即{NB、NS、ZE、PS、PB}，此時(shí)E由于光電傳感器安裝位置固定，得到電平信號離散可預(yù)測，所以僅設(shè)定模糊論域即可，設(shè)定為（-3，+3），此時(shí)-3表示車道偏出光電管1位置，-2、-1、1、2分別表示車道位于光電管1、2、3、4的位置，0表示車道位于小車正中位置，3表示光電管偏出光電管4的位置。PWM占空比的控制量的變化U模糊論域設(shè)定為（-3，+3）進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，比例因子為1。

圖4 模糊控制器

根據(jù)模糊控制器的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行模糊推理清晰化處理。由實(shí)踐過程得到的經(jīng)驗(yàn)各模糊子集隸屬度如下表3、表4所示。

表3 模糊子集隸屬度（E、EC）

表4 模糊子集隸屬度（U）

由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)建立如下對稱規(guī)則表5：

表5 模糊控制規(guī)則

由模糊規(guī)則表可以得到I F E=AiA N D EC=BjTHEN U=Cij，其中Ai和Bj表示輸入的第i和第j個(gè)模糊子集，Cij表示結(jié)論對應(yīng)的模糊子集。采用最大-最?。╩ax-min）推理法求解，再使用加權(quán)平均法求解查詢表的精確量k：

其中ki為加權(quán)系數(shù)，u(i)為隸屬度，獲得模糊控制表6如下：

表6 模糊控制

當(dāng)DSP芯片定時(shí)采集到由光電傳感器引起的電平信號的變化后，按光電傳感器序號進(jìn)行模糊化處理查表，找到模糊控制表相應(yīng)輸出，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則表1、表2的電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)改變PWM的占空比控制直流電機(jī)的快速旋轉(zhuǎn)。

4 程序流程

如圖5程序流程圖所示，該智能小車初始狀態(tài)位于車道的正中位置，通過按鍵控制判斷是否準(zhǔn)備好，同時(shí)定時(shí)采集光電管的電平信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)檢測到按鍵按下，表示準(zhǔn)備工作就緒，小車準(zhǔn)備出發(fā)，將定時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理，清晰化輸出，改變電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)，PWM的占空比，保證小車按黑色車道準(zhǔn)確、快速地行使，同時(shí)將行使的時(shí)間及時(shí)顯示出來。

圖5 程序流程圖

5 結(jié)論

如下圖6所示，小車沿圓形車道運(yùn)行，經(jīng)模糊系統(tǒng)控制其運(yùn)動，實(shí)際運(yùn)動軌跡如圖虛線所示，偏離小，速度快，可以達(dá)到3m/min。實(shí)踐證明此控制模式是一種理想的控制模式。

圖6 小車運(yùn)動軌跡

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