基于模糊控制的智能车寻迹算法研究

基于模糊控制的智能车寻迹算法研究

摘要：与传统的自动控制相比，模糊控制不用建立在被控对象准确的数学模型的基础上。这一特点在非常适用于实际运用中影响因素很多、结构十分复杂系统。其系统有易于接受，设计简单，维护方便，而且比常规控制系统稳定性好，鲁棒性高等特点。因其与本设计实际条件相似，所以选其做智能小车的寻迹算法研究。

关键词智能小车；模糊控制；寻迹算法

ABSTRACT Compared with the traditional automatic control，fuzzy control without based on a accurate mathematical model of controlled object. This feature is suitable for the systems which have many influencing factors and a very complex structure in the practical application. There are many feature in this system:such as easy to accept, the design is simple, convenient maintenance, more stability and robustness than conventional control system，and so on. Because it is similar to the actual conditions of our design, so we choose it for the smart car tracing algorithm.

KEY WORDS smart car；fuzzy control；tracing algorithm

目录

1.前言 (1)

2.硬件设计 (3)

2.1整体结构 (3)

2.2传感部分 (4)

2.2.1 原理 (4)

2.2.2 电路设计 (4)

2.2.3 传感器感应板布局 (4)

2.2.4 闸门感应器 (5)

2.3控制部分 (5)

2.4驱动部分 (6)

2.4.1 电机驱动 (6)

2.4.2 舵机驱动 (6)

3. 程序设计部分 (7)

3.1模糊控制原理 (7)

3.2智能车模糊逻辑控制器 (7)

3.2.1 编码 (8)

3.2.2 模糊化 (8)

3.2.3 模糊规则库 (9)

3.2.4 模糊判决 (9)

3.3模糊控制器实现 (10)

4.结论 (11)

致谢 (11)

参考文献 (12)

1.前言

本题目来源于瑞萨超级MCU模型车大赛。瑞萨超级MCU模型车大赛主要是设计智能控制程序，根据感应器以及测速器反馈的信号（通过前方的反射式红外光电传感器检测到黑色跑道上白线路径），然后通过智能程序的判断与控制，使智能小车能在特定赛道（直道、S道、交叉道、上下坡、变线区等轨道）上高速行驶为目的的比赛。其中涉及的技术主要有传感器技术、单片机设计技术和控制算法。

MCU模型车大赛是参赛选手要求在搭载有瑞萨MCU主板上的模型车上自行设计并编入独立的控制程序，拼装制作成自动驾驶车参加竞技，胜负是根据顺利跑完全程比赛的时间长短来判定的。

纵观一下现时的智能控制算法，如PI、PD、PID、模糊、神经网络算法等，再根据该赛事车子感应及跑道的情况，提出用模糊算法进行车子的寻迹控制，希望能研究出较好的寻迹算法。努力寻求小车性能最优（检测准确、行驶平稳、速度快、抗干扰强等）。

模糊逻辑控制 (Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年他给出了模糊逻辑控制的定义和相关的定理。1974年，英国的E.H.Mamdani首先用模糊控制语句组成模糊控制器，并把它应用于锅炉和蒸汽机的控制，在实验室获得成功。这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。

模糊控制实质上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。模糊控制的一大特点是既具有系统化的理论，又有着大量实际应用背景。其典型应用的例子涉及生产和生活的许多方面，例如在家用电器设备中有模糊洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、照相机和摄录机等；在工业控制领域中有水净化处理、发酵过程、化学反应釜、水泥窑炉等的模糊控制；在专用系统和其它方面有地铁靠站停车、汽车驾驶、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎以及机器人的模糊控制等。

近年来，研究模糊算法在智能寻迹小车上应用的课题渐渐增加，但大多数都是

静态传感，即传感器安装在车体上，并不会随方向改变而发生变化。本设计就是研究另一种基于动态传感器的智能寻迹小车的设计。

2.硬件设计

2.1 整体结构

本智能小车包括三大部分：传感部分、控制部分和驱动部分。传感部分有传感器感应板、传感器子处理板和闸门感觉器三个模块；控制部分的CPU板使用的是H8-3048单片机；驱动部分的电机驱动析集成了控制电路、驱动电路和电源电路。如图2.1，图2.2：

图2.1 智能小车整体结构模块图

图2.2 智能小车整体结构实物图

2.2 传感部分

2.2.1 原理

根据跑道的实际情况（黑色跑道白线路径），我们采用了较为简单的红外光电感应器。其原理是：红外线照射到白色的路径上时，白色不吸光而发生反射，从而

感应器接收到光信号，继而转变为电信号（低电

平，LED点亮）；而照射到黑色跑道上时，黑色吸

光，感应器接收不到信号，从而转变为电信号（高

电平，LED熄灭）。

图2.3 红外感应器原理图

图2.4 红外感应器电路原理图

2.2.2电路设计

电路原理如图2.4：

2.2.3传感器感应板布局

传感器的布置方案有单排、双排、W字形排列等。我们采用了单排一字形的排列方式。

具体的布置方式如图2.5,图2.6，也就是在车模的头部安装一块电路板，其