陳冬　石利云

【摘要】? ? 磁流變減振控制的阻尼具有可控性、非線性、滯后和飽和等特性，控制器的開發(fā)具有非常大的復雜性。結(jié)合磁流變阻尼控制器的控制原理以及設計功能進行模糊PID控制，提出采用三閉環(huán)磁流變阻尼控制系統(tǒng)的設計思路。包括加速度環(huán)、電壓環(huán)和電流環(huán)，以保證控制系統(tǒng)的精度和實時性，本文詳細介紹并進行了磁流變減振控制器的硬件電路設計和DSP控制系統(tǒng)的軟件設計，對磁流變減振控制的臺架試驗。試驗結(jié)果表明，磁流變阻尼控制器是準確可行的。

【關鍵詞】? ? 磁流變減振? ? 控制器? ? 模糊PID控制

引言：

由于傳統(tǒng)的被動懸架無法適應復雜的路況和不斷變化的駕駛條件，需要結(jié)合路面和車輛的變化對阻尼特性進行調(diào)整，從而確保車輛的操做穩(wěn)定性以及乘坐的舒適性，實施智能減震器至關重要。磁流變減振器屬于是新型的智能化阻尼系統(tǒng)，具有阻尼的調(diào)解能力大、消耗低、體積小等優(yōu)勢，已成為國內(nèi)外研究熱點。然而，由于磁流變阻尼器的非線性、滯后和飽和特性，使汽車的懸架系統(tǒng)很難將復雜的多自由度振動系統(tǒng)進行展示。

現(xiàn)階段，模糊PID控制與其他控制算法進行對比發(fā)現(xiàn)，具備建模比較簡單、控制準確性高、非線性適應性強、動態(tài)性能的優(yōu)勢，在智能化控制系統(tǒng)中的應用也在不斷的增加。因此，能夠通過 對模糊PID控制算法對磁流變減振控制器進行設計。

一、模糊PID控制器的性能分析

1.1模糊PID控制器的運用

模糊PID控制器應用于生產(chǎn)生活的諸多方面，在智能生活逐漸進入生活階段的時代，控制器的中控系統(tǒng)將受到更多關注。智能控制中應用最廣泛的方法之一是模糊PID控制器方法，根據(jù)模糊推理規(guī)則實現(xiàn)PID參數(shù)的在線修改。模糊PID控制器用于電線的實際生產(chǎn)過程中，在節(jié)省原材料的同時提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，模糊PID控制器還可以有效改善系統(tǒng)在非線性區(qū)域的動態(tài)特性，使用模糊控制，可以獲得相當數(shù)量的控制權(quán)。模糊PID控制器用于穩(wěn)健的穿梭控制系統(tǒng)，模糊邏輯用于PID控制器的在線自整定。

1.2模糊PID控制器可持續(xù)發(fā)展效益研究

模糊PID控制器的原理可以廣泛應用于教育，只有了解教育，才能在未來的研究生涯中培養(yǎng)出更多的人才，但是學生沒有扎實的試驗場地和資金來獲得實驗數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果。雖然是阻礙研究的最現(xiàn)實因素，但如果仿真運行環(huán)境在網(wǎng)絡上運行，則很容易調(diào)整系統(tǒng)以降低研究成本，而且許多直觀的仿真結(jié)果有助于激發(fā)學生的興趣。在學習模糊PID控制器的同時。造成危險。如果采用自整定模糊控制器，系統(tǒng)具有更強的適應能力，當外界干擾進入人體時，可以對線徑系統(tǒng)中受影響的環(huán)節(jié)進行修正。自適應模糊PID控制增加了控制器的自適應性，實現(xiàn)了控制器參數(shù)在線修改和自動調(diào)整的方法。這可以在實驗過程中自動調(diào)整，以免影響整個實驗過程的進度。

1.3模糊PID控制器中待解決的故障

參數(shù)調(diào)整困難，動態(tài)特性不理想，非線性系統(tǒng)控制效果差。這是PID控制的一個關鍵問題。然而，對控制器操作有效性的要求越來越高。改善控制器存在的不足，提高控制器整體性能的現(xiàn)狀顯得尤為重要?；谀：?guī)則和模糊推理和除霧的仿真優(yōu)化線徑控制系統(tǒng)在當今的實驗室中非常有用，但它們存在控制效果大和非線性參數(shù)曲線延遲大的缺點。模糊PID控制系統(tǒng)采用模糊數(shù)學的基本理論方法，由計算機計算系統(tǒng)的實際響應，選擇合適的PID初始參數(shù)，有效縮短實驗轉(zhuǎn)換過程時間，保證操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。模糊PID控制單元對操作系統(tǒng)和操作工具的要求還是很高的，如果環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，就無法得到最終正確的實驗結(jié)果。可以使用Cohen-Coon調(diào)諧公式獲得PID控制器的最佳初始參數(shù)，并使用Smith預測器有效補償實驗中的純延遲對象，以達到理想的控制效果。

二、磁流變減振控制器的控制原理及功能

磁流變減振控制器可以根據(jù)來自監(jiān)測體和車輪運動傳感器的輸入信息實時響應道路狀況和駕駛環(huán)境，使用電磁響應。該控制系統(tǒng)是一種經(jīng)濟可靠的部件結(jié)構(gòu)，可提供快速、平穩(wěn)和連續(xù)可變的阻尼力，減少車身振動，增加輪胎對各種路面的附著力。與傳統(tǒng)的阻尼系統(tǒng)不同，磁流變緩沖器沒有小閥門結(jié)構(gòu)，阻尼效果不是靠液體的流動阻力來實現(xiàn)的。磁性駕駛控制系統(tǒng)提供卓越的車身控制并緩沖每個車輪的后坐力，以最大限度地提高車輛穩(wěn)定性并提高駕駛性能和舒適度。磁驅(qū)動控制系統(tǒng)使用磁流變（MR）流體和緩沖器，無需機電控制閥，提供快速響應和強大的阻尼力控制。磁流變液是一種由小軟磁顆粒和非磁性材料組成的軟磁懸浮液，具有高導磁率和低磁滯，在強磁場的作用下具有低粘度。正是磁流變流體的這種流變可控性，使得阻尼力連續(xù)可變，從而達到主動控制振動的目的。當液體注入減震器活塞的電磁線圈時，線圈的磁場會改變其流變特性（或產(chǎn)生流體阻力），無需機電控制閥和簡單的機械裝置即可產(chǎn)生快速響應和可控性。車載控制器根據(jù)四個懸架位移傳感器、車側(cè)加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器的數(shù)據(jù)，以百萬分之一秒的頻率連續(xù)調(diào)節(jié)阻尼力。

三、基于模糊PID控制的磁流變減振控制器的應用——以智能汽車為例

3.1智能汽車自動駕駛控制概述

智能車輛自動駕駛是指自動或智能駕駛，結(jié)合了車載傳感器、控制器、數(shù)據(jù)處理器、執(zhí)行器和其他設備的連接特性。依靠車聯(lián)網(wǎng)、V2X等最新的移動通信和網(wǎng)絡技術(shù)來實現(xiàn)這一目標。參與對象信息共享的實施例可以在展現(xiàn)上述功能的同時滿足高效、安全、舒適、節(jié)能的自動駕駛要求。主要控制原則是：依靠環(huán)境感知技術(shù)實現(xiàn)車輛對周圍環(huán)境的感知、獲取環(huán)境信息、車輛的轉(zhuǎn)向和速度由車載中央計算機、獨立控制，安全穩(wěn)定地到達預定目的地。

3.2智能汽車自動駕駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)框架在減少交通事故、提高運輸效率、完成特種作業(yè)以及國防和軍事應用方面具有重要作用。第一，核心技術(shù)。以環(huán)境感知技術(shù)和車輛控制技術(shù)為智能價值核心，主控核心是軌跡規(guī)劃和控制執(zhí)行兩大核心技術(shù)。第二，處理模塊。軟件架構(gòu)：認知形式、驅(qū)動認知圖表示語言、專為通用而設計。智能決策模塊間接結(jié)合傳感器信息，實現(xiàn)多傳感器識別信息、行車地圖、車聯(lián)網(wǎng)通信等自主決策。第三，垂直和水平控制。主要內(nèi)容包括車輛行駛、制動控制、方向盤角度調(diào)節(jié)和輪胎力控制。點對點自動駕駛的高度智能控制性能體現(xiàn)在對道路和周邊交通狀況的即時獲取。自動駕駛的基本前提是交通信息系統(tǒng)的完整性和高性能、車載傳感器和智能控制系統(tǒng)的高可靠性。在基于模糊PID控制器的研究中，可以考慮采用手動和自動相互轉(zhuǎn)換來開發(fā)道路條件簡單的高速公路路段的自動駕駛路段。系統(tǒng)控制器的內(nèi)容可分為車道保持系統(tǒng)LKA、自適應巡航控制系統(tǒng)ACC、自動泊車系統(tǒng)、緊急制動和衛(wèi)星導航系統(tǒng)。PID控制是一種明確的面向目標的控制，基于車載互聯(lián)網(wǎng)、視覺、雷達等獲取輸入信息后，需要通過智能平臺獲取車輛的目標值或車輛的位置或速度，車輛為動態(tài)控制，即智能決策層模糊PID控制算法后，獲取控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調(diào)等指標進行控制，即控制執(zhí)行。

3.3可行性分析

基于模糊PID控制器的智能汽車自動駕駛控制比PID控制和前饋開環(huán)控制更直觀地建立類似于發(fā)動機和車輛運動過程的線性模型。該設計基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、軋制時域優(yōu)化控制等智能控制策略，精度高，適應性低。自主系統(tǒng)應用的常見示例是巡航控制和防撞控制。在實際車載傳感器控制中，比較優(yōu)勢更大。

基于車輛橫向控制的基本設計方法是駕駛員模擬方法。在自動駕駛領域，隨著電子控制技術(shù)和電氣化的發(fā)展，基于汽車整體集成控制，在智能網(wǎng)路交通環(huán)境中實現(xiàn)了自環(huán)境感知、定位導航和V2X通信的并行控制，形成非常安全的信息系統(tǒng)。

3.4控制規(guī)則

模糊PID邏輯控制策略主要控制技術(shù)融合了模糊理論、模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理等數(shù)字控制技術(shù)。智能汽車自動駕駛控制模型的設計，本質(zhì)上建立了更加精確的數(shù)學模型，在系統(tǒng)設計和數(shù)字建模領域達到了仿真控制效果。

四、結(jié)束語

采用模糊自適應PID控制器的車輛行駛控制仿真設計，旨在解決前車自動跟車，接收前車傳輸?shù)男旭偁顟B(tài)，計算前方路況，實現(xiàn)自動駕駛控制的實現(xiàn)。主要設計過程是基于預覽理論設計汽車的自動跟隨模型并指定要跟隨的物理量。模糊PID控制器設計控制方法跟蹤給定的物理量，仿真結(jié)果為獲得。該方法已被證明具有良好的魯棒性，可確保智能汽車具有良好的路況計算和車輛跟蹤精度。并且模糊PID人智能控制器比傳統(tǒng)的PID控制器更健壯，控制精度更高。智能小車設計采用高性價比、低功耗的KL26芯片作為微控制器，設計生產(chǎn)智能跟蹤小車，并采用機器視覺系統(tǒng)、單片機控制等技術(shù)，實現(xiàn)精準靈活的自動控制。旨在實現(xiàn)快速、穩(wěn)定和安全的駕駛。使用MATLAB/GUIDE軟件創(chuàng)建可視化界面，通過可視化界面輸入常規(guī)人工勢場方法的多個障礙物的位置信息。場法適應性好，證實了改進后的人工錯位對直、斷、彎、方障礙物的改進。以具有碼輪測速功能和LCD顯示功能的智能車為控制對象，以主控芯片為主控制器的開發(fā)板，可以滿足巡航控制實驗。網(wǎng)絡PID控制器的公共部分在速度跟蹤過程中設置FTP-72標準測試曲線，通過設置實際駕駛數(shù)據(jù)來初始化個性模型，與普通模型配合自動調(diào)整特殊模型參數(shù)。應用基于FTP-72 的車輛測試或US06的駕駛循環(huán)測試來評估候選換檔時間表。

基于Matlab/Simulink軟件環(huán)境對自動變速器汽車實現(xiàn)車輛跟隨器動力學仿真建模，并利用PID控制實現(xiàn)加速度補償。實際加速度車輛上層通過油門和剎車的切換控制進行控制可以。通過構(gòu)建基于T-S模糊模型的多層前饋模糊神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)來提高神經(jīng)網(wǎng)絡的收斂速度，驅(qū)動系統(tǒng)車速控制采用PID控制算法，確保一定的舒適度。

參? 考? 文? 獻

[1]李華琳， 陳勇， 黃琦，等. 基于模糊PID控制的磁流變減振控制器[J]. 兵工自動化， 2010.

[2]李華琳. 基于模糊PID的磁流變減振控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 電子科技大學， 2010.

[3]Yuan Feifei， 袁非非， Guo Xiaoshuang，等. 磁流變阻尼器自適應模糊PID控制系統(tǒng)仿真[C]// 中國電工技術(shù)學會. 中國電工技術(shù)學會， 2015.

本文系河北省教育廳青年基金項目“磁流變液在智能研磨中應用的研究”成果，項目編號：QN2018206

陳冬（1982），男，漢族，河北石家莊，工程碩士，河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，講師，研究方向：機電一體化，工業(yè)機器人;

石利云（1985），女，漢族，河北石家莊，碩士，河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，講師，研究方向：機電一體化。