基于智能車新規(guī)則的模糊滑模變結(jié)構(gòu)方案

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1、基于智能車新規(guī)則的模糊滑模變結(jié)構(gòu)方案第七屆全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽競(jìng)速比賽規(guī)則較往屆有較大改變，對(duì)于光電組，突出表現(xiàn)在賽道形式上，因此方案需要重新設(shè)計(jì)。本文基于光電組智能車，結(jié)合變結(jié)構(gòu)的思想，設(shè)計(jì)了模糊滑模變結(jié)構(gòu)的控制方案。在智能車上成功實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)表明，此方案響應(yīng)迅速，適應(yīng)性強(qiáng)，魯棒性好。在行駛中，搖頭舵機(jī)跟線及時(shí)、超調(diào)量小、極難丟線，入彎出彎轉(zhuǎn)向順滑，行駛流暢，最高平均穩(wěn)定速度達(dá)3m/s。關(guān)鍵詞：新規(guī)則；模糊控制；滑模變結(jié)構(gòu)；抖振1．引言"飛思卡爾"杯智能汽車競(jìng)賽新規(guī)則中黑線位置與往屆不同，位于白板兩側(cè)。因此往屆采用單排激光，"一"字

2、形撒到黑線周圍的方案已被淘汰。經(jīng)比較，采用雙排，"一"字形分別撒到兩側(cè)黑線周圍，黑線內(nèi)8顆激光點(diǎn)，黑線及其以外4顆激光點(diǎn)的方案是最佳的。表現(xiàn)在，激光板重量適中，激光點(diǎn)較為密集，搖頭舵機(jī)轉(zhuǎn)向范圍較寬，入彎抖動(dòng)較小。智能車的穩(wěn)定快速行駛對(duì)搖頭舵機(jī)控制的快速性和穩(wěn)定性要求極其嚴(yán)格。在往屆智能車競(jìng)賽中，黑線位于賽道中央，需要控制搖頭舵機(jī)使黑線處在激光點(diǎn)范圍內(nèi)，因此對(duì)賽道信息的處理只需列舉盡黑線可能的位置并賦給相應(yīng)的偏差值，再對(duì)搖頭舵機(jī)進(jìn)行PD控制即可?？刂坪?jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜算法。而在新規(guī)則下，由于賽道寬度不確定、前瞻可能再做調(diào)整等因素，列舉盡黑線可能的位置幾乎

3、不可能。本文在此提出一種模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方案，在對(duì)智能車控制中得到良好效果。2．模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制　　滑模變結(jié)構(gòu)控制迫使系統(tǒng)的狀態(tài)被限制在某一子流形上運(yùn)動(dòng),即"滑動(dòng)模態(tài)"運(yùn)動(dòng)，其本質(zhì)是一類特殊的非線性控制，一種使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的開(kāi)關(guān)特性。模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制是將模糊控制與傳統(tǒng)的滑模控制相結(jié)合，并將兩者的優(yōu)點(diǎn)緊密結(jié)合在一起。模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制不僅具有常規(guī)模糊控制器的優(yōu)點(diǎn)，即不需要建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而且還具有常規(guī)模糊控制器不具有的特點(diǎn)。表現(xiàn)在：一，系統(tǒng)的控制目標(biāo)由跟蹤誤差改變?yōu)榛：瘮?shù)，當(dāng)控制使滑模函數(shù)s為0時(shí)，跟蹤誤差也將漸變至0；二，對(duì)于

4、大于二階的高階系統(tǒng)，常規(guī)模糊控制中的輸入是[]，而模糊滑?？刂频妮斎?)卻始終是二維的。因此，在n>2的高階系統(tǒng)中，模糊滑模控制簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜性，同時(shí)柔化了控制信號(hào)，減輕或消除了一般滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象。3．智能車系統(tǒng)模糊滑模變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　　3.1選擇滑模面　　滑模面的選擇依賴于激光點(diǎn)上黑線分布。直線賽道上黑線位于激光點(diǎn)組成的線段的左右兩半部分上；彎道上黑線位于激光點(diǎn)組成的線段的左半部分或右半部分，甚至黑線消失；十字交叉賽道上黑線消失，依次作為設(shè)計(jì)滑模面的依據(jù)。選擇滑模面一，處理直道即黑線位于激光點(diǎn)組成線段的左右兩半部分。選擇滑模面二，處理右轉(zhuǎn)的

5、彎道即黑線位于激光點(diǎn)組成線段的左半部分。選擇滑模面三，處理左轉(zhuǎn)的彎道即黑線位于激光點(diǎn)組成線段的右半部分。選擇滑模面四，處理十字交叉的空白部分即沒(méi)有檢測(cè)到黑線。　　3.2滑模存在的條件　　在智能車系統(tǒng)的激光點(diǎn)亮和接收模塊，已經(jīng)得到了由激光點(diǎn)黑白狀態(tài)組成的一個(gè)24位數(shù)Sample，其中0代表白，1代表黑。判斷滑模存在的條件，歸根為判斷這個(gè)24位數(shù)中1所在位置的情況。為簡(jiǎn)化判斷過(guò)程，提高判斷準(zhǔn)確度，在此提出一次檢測(cè)4位數(shù)據(jù)的算法。算法如下：①將24位數(shù)據(jù)Sample分成2個(gè)12位數(shù)據(jù)，分別命名為Sampleleft、Sampleright。②用與運(yùn)算判斷

6、如果Sampleleft高8位為0，窮舉低四位的16種狀態(tài)，賦給左側(cè)偏差值Bl。16種狀態(tài)中的全白的那種狀態(tài)就是Sampleleft為全0的狀態(tài)，也即左半部分激光全白的狀態(tài)，這時(shí)設(shè)定全白標(biāo)志位（正中）PS（正小）NS（負(fù)?。㎞M（負(fù)中）NB（負(fù)大）ZO（零）②選定論域BrBl={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}△U={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}　　論域?yàn)椋築rBl={-3，-2，-1，0，1，2，3}={-3，-2，-1，0，1，2，3}△U={-3，-2，-1，0，1，2，3

7、}　　③確定模糊滑?？刂破鞯哪：刂埔?guī)則基本的模糊控制規(guī)則是：IfBrBlisAandisB,then△UisC。模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制規(guī)則表如表1-1所示?！≡谝?guī)則表中設(shè)定BrBl時(shí)△U為0，這樣消除了搖頭舵機(jī)在小范圍內(nèi)不停抖動(dòng)的現(xiàn)象?！　、芙饽：谀：碇兄苯淤x控制值的方法可以省去解模糊化需要的計(jì)算，達(dá)到計(jì)算量小，簡(jiǎn)單易懂的效果。　　滑模面二：選擇偏差Bl，偏差變化率為決定控制量u輸出的兩個(gè)因素。算法如下：　?、俣x模糊集PB（正大）PM（正中）PS（正小）NS（負(fù)?。㎞M（負(fù)中）NB（負(fù)大）ZO（零）③選定論域Bl={NB，NM，NS，ZO，P

8、S，PM，PB}={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}△U={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}　　論域?yàn)?/p>