摘要：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子計算機(jī)與現(xiàn)代汽車工業(yè)關(guān)系也越來越密切，智能車作為兩者結(jié)合的最新科技成果，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用也越來越廣泛。本文主要通過介紹智能車控制及其特點，講解了智能車控制系統(tǒng)的流程，將模糊算法在智能車控制的應(yīng)用進(jìn)行了分析，最后得出結(jié)論，模糊控制算法在智能車控制中對其穩(wěn)定性還是取得了一定效果。

關(guān)鍵詞：智能車；控制；模糊算法；電軌傳感

一、智能車控制及特點

智能車控制系統(tǒng)一般主要包含以下幾個模塊：電源、主控板、電軌傳感器、電機(jī)驅(qū)動板、電機(jī)、舵機(jī)、光電編碼器等。智能車具有如下特點，第一，其運行途徑可以通過程序嚴(yán)加控制，機(jī)動能力特別強(qiáng)，可以方便靈活的變更當(dāng)前路徑線路，成本設(shè)置不高。第二，智能車通過ARM控制單元對整車的實時情況獲取，并且可以通過對獲取的信息進(jìn)行分析做出相應(yīng)的反饋。第三，智能車的路徑自動識別技術(shù)可以應(yīng)用到多種不同的實際場合。

二、智能車控制系統(tǒng)流程

智能車的位置信號由車體前方的電軌傳感器的線圈采集，經(jīng)內(nèi)部 AD 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸入到控制核心，再經(jīng)模糊算法處理，用于賽車的運動控制決策。通過編碼器測速模塊來檢測車速，并采用ARM的輸入捕捉功能進(jìn)行脈沖計數(shù)計算速度和路程；智能車的縱向控制采用 PID 控制，通過 PWM 控制驅(qū)動電路調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，完成智能車速度的閉環(huán)控制。

智能車控制系統(tǒng)使用電壓為7.2V，電流2A的可充電電源，并使用多種傳感器來進(jìn)行的信息采集，主要包括：電軌傳感器、光電編碼器等，電軌傳感器可以在智能車進(jìn)行路徑識別時使用，電軌傳感器使用5個電感線圈，每個通道包含一個三點式電容振蕩電路，可以產(chǎn)生一定頻率的交變信號，并由線圈發(fā)出，當(dāng)線圈靠近金屬鋁箔的時候，線圈周圍的交變磁場會在金屬鋁箔中感應(yīng)出渦流。渦流所產(chǎn)生的二次磁場疊加在原來磁場中則會改變原有線圈中的感應(yīng)電動勢，進(jìn)而可以等效改變原線圈的電抗。線圈的電抗改變的大小與線圈的形狀、振蕩頻率、線圈與金屬相對位置以及金屬的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān)系。當(dāng)線圈電抗改變時，電軌傳感器的輸出信號頻率發(fā)生變化，輸入到控制核心。此外，還使用電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機(jī)，該電路為一個由分立元件制作的直流電動機(jī)可逆雙極型橋式驅(qū)動器，其功率元件由四只 N 溝道功率 MOSFET 管組成，額定工作電流可以輕易達(dá)到 100A 以上，大大提高了電動機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

三、智能車控制的模糊算法分析

將各個線圈相對于鋁膜的大概距離的數(shù)值，把其作為輸入量，最終確定車模轉(zhuǎn)角的過程，采用了模糊控制這一數(shù)據(jù)處理方法。模糊控制是一種新型的控制技術(shù)，一般不需要深入了解受控對象的精細(xì)數(shù)學(xué)模型，只需要一些控制規(guī)則，通過人工根據(jù)這些規(guī)則制定決策表，通過決策表來定量分析控制量。常見的模糊控制規(guī)則可以通過自然語言表達(dá)，但是沒有形式化處理表現(xiàn)的直觀。一般有如下幾種形式： 一、 If An Then Bn；二、If An Then Bn Else Cn；三、If An And Bn Then Cn； An是論域U的模糊子集，Bn是論域V的模糊子集。R是笛卡爾乘積U×V上的模糊子集。

模糊控制器的基本工作原理：將測量得到的被控對象的狀態(tài)經(jīng)過模糊化接口轉(zhuǎn)換為用人類自然語言描述的模糊量，而后根據(jù)人類的語言控制規(guī)則，經(jīng)過模糊推理得到輸出控制量的模糊取值，控制量的模糊取值再經(jīng)過清晰化接口轉(zhuǎn)換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接收的精確量。算法的具體思想如下：將車模從賽道一側(cè)勻速平移至賽道另一側(cè)，如從距賽道中心線左側(cè) 19cm 處，勻速移至距賽道中心線右側(cè) 19cm 處。記錄每一處車模中心線相對于賽道中心線的偏差距離，以及此時 5 個線圈返回的電壓值。對 5個線圈返回的電壓值進(jìn)行歸一化處理，使得所有電壓對應(yīng)為 1 到 100 之間的數(shù)據(jù)，便于處理。將采集后的各個歸一化值數(shù)據(jù)，逐個與整個標(biāo)定過程中該線圈的歸一化后數(shù)據(jù)作對比，記錄下兩數(shù)值最相近處的偏差，此即為車模中心線概率最大的位置。對得到的各組最大位置數(shù)據(jù)進(jìn)行概率模糊化，每一概率最大位置對應(yīng)一個概率平方衰減的波峰峰值。將模糊化后的各組數(shù)據(jù)再進(jìn)行反模糊計算，得出最終的概率分布，概率最大處的偏差即為車模中心線的位置。由此，在車模的整個行駛過程中，均能計算出車模中心線的位置，給出舵機(jī)的相應(yīng)打角。模糊控制器主要由編碼、模糊化、模糊推理、建立模糊關(guān)系表和解模糊、模糊控制程序等幾個部分構(gòu)成。

（一）編碼。在模糊控制中，我們發(fā)現(xiàn)，控制量的實際結(jié)果與所期待的結(jié)果有會一個偏差，我們稱這個偏差為e，e通過模糊化后經(jīng)過處理變?yōu)槟：縀，控制器可以根據(jù)模糊量E來調(diào)節(jié)和控制該系統(tǒng)。如果要想該控制器的性能更加好，可以將偏差變化量即ec作為一個輸入量，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的判斷位置偏差e和偏差變化率ec是控制器的主要輸入因素，模糊控制器首先對這兩個精確值進(jìn)行編碼，使其模糊化。（二）模糊化。通過輸入位置偏差e和變化率ec，將這兩個變量編碼成兩個模糊量，通過傳感器傳過來的信息一般都是精確值，在模糊控制器中進(jìn)行輸入的需要是模糊量，因此需要將這些檢測到的信息模糊化。（三）模糊推理。我們通過輸入模糊控制器位置偏差和偏差變化量，得到輸出量，也就是速度和方向的控制量u，因此模糊控制器是一個雙輸入單輸出的形式，采用的控制規(guī)則一般都是這種模糊條件語句： If E and EC then U，E是表示輸入系統(tǒng)偏差變量 e模糊化的模糊集合；EC 是表示輸入系統(tǒng)偏差△e 模糊化的模糊集合；U 是表示輸出變量 u 的模糊集合。如何有效地選取控制量主要由誤差決定的，如果誤差比較大，控制量可以選取消除誤差為主，誤差較小時，可以選取系統(tǒng)穩(wěn)定性。（四）建立模糊關(guān)系表。描寫模糊控制的模糊條件語句之間是“或”的關(guān)系，若第 1 條規(guī)則為“If E = NB or NM and EC = NB orNM or NS，then U = PB”，則由下面的句式“如果 A 或 B且 C 或 D則 E（if A or B and C or D then E）”，而這樣的模糊關(guān)系可寫為[1]R = [（A + B）× E]·[（C + D）× E]所以，第 1 條語句所確定的模糊關(guān)系為R1= [（NBe+ NMe）×PBu]·[（EBec+NMec+NSec）×PBu]（五）解模糊。解模糊是一種通過對模糊控制規(guī)則推理出來的控制決策變量的模糊子集，由于是一種模糊變量，不能直接被控制，需要采用一種其他辦法將其轉(zhuǎn)化為精確量，只有這樣才能使得決策效果達(dá)到最佳。（六）模糊控制器的控制算法。其主要包括離線計算查詢表程序即模糊矩陣運算和模糊化處理輸出程序。

四、結(jié)語

模糊控制算法大大提高了智能車輛的穩(wěn)定性，能夠使得智能車在運行軌道上運行的更加穩(wěn)定，并且在某種程度上也大大提高了智能車的運行速度。因此模糊算法對智能車的控制取得了非常好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李士勇. 模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制論[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2] 曾光奇，胡均安，王 東. 模糊控制理論與工程應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3] 姜文佳，姜永健，姜廣田. 模糊 PID 控制算法改進(jìn)及在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 控制工程2006

[4] 第十一屆“恩智浦”杯全國大學(xué)生智能車競賽北京科技大學(xué)電軌組技術(shù)報告

作者簡介： 劉俊杰（1996.3-） 男 漢 安徽信息工程學(xué)院