基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统

北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE3：垂直距离较近，水平距离较远时
北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
仿真系统性能分析
通过以上仿真实验发现，汽车距离远、近，都可以顺 利的到达车库，模糊控制倒车时，轨迹为弧线、控制 效果良好，这说明模糊控制倒车是可行的 。
对于一些距离较近，水平距离相对较大的情况，模糊 控制无法完成倒车，说明模糊控制倒车有一定的局限 性，在距离近到一定程度时，一定的角度内无法完成。
fuzzy controller为模糊控制器
参数初始化命令
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统Simulink仿真结构图
北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE1：垂直距离较远，水平距离较近时
北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE2：垂直距离较远，水平距离也较远
综上：大部分情况下可以完成倒车，但是该模糊控制 需要改进。
北京信息科技大学 孙骏
THE END
谢谢！
北京信息科技大学 孙骏
基于MATLAB的模糊控制 倒车仿真系统
北京信息科技大学 孙骏 2014.05.13
主要内容
1.倒车系统模型分析 2.倒车控制系统设计 3.模糊控制器设计 4.系统仿真实验与结论
北京信息科技大学 孙骏
系统最终仿真效果
动画与显示
汽车运动模型
模糊控制器 控制函数
参数初始化
北京信息科技大Biblioteka Baidu 孙骏
1.倒车系统模型分析
• 坐标系的建立
– 调整前轮角度，使车主 轴与X轴方向成90度角 – 垂直泊车，小角度调整 前轮，使车进入预定车位
• 泊车分析
– 为了便于分析，对该系统 参数进行如下的定义： θ: 坐标系X轴与车主轴的夹角 Φ：辆前轮方向与车辆主轴夹角，或前轮旋转取，取顺时针为正 vf : 代表车的运动速度，汽车倒时为正，前进为负 (xf,yf): 车辆前轮轴线中心坐标 (xr,yr): 车辆后轮轴线中心坐标
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
隶属度函数编辑器： 距离的隶属度函数选择Z型和S型，分别定义为近距离和远距离
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
模糊规则编辑器： 如果distance 是远，则选择角度1， 如果distance 是近，则选择角度2，
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
模糊规则观测与输出量曲面观测：
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统Simulink仿真结构图
truck kinematics 为方程组表示的 汽车系统模型
animation为输出的动画显示模块 f()函数表达式为sqrt(x^2+y^2), 为现在位置到车库位置的距离， 用于实现车辆的定位
yr y f La sin
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
xr x f La cos yr y f La sin
– 对上式求导可得： xr x f La sin
yr y f La cos
– 代入下面的方程
v tan / La
北京信息科技大学 孙骏
2.倒车控制系统设计 • 系统设计要求
– 无死区倒车到目标位置 – 具有较高的精度 – 能够成功避障
• 系统设计流程
– 程序中的重要模块： 汽车模型模块 模糊控制模块 汽车定位模块 动画显示模块
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
yr cos xr sin 0 可得： x f sin y f cos La 0
– 这样，将前后轮的运动 、车体转动速度联系到了一 起
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
理想化的假设： 1.低速运动的车身看到刚体，后轮运动方向与车身运动 方向一致。后轮轨迹能够完全体现车身的运动轨迹。 2.将后轮轴线中心坐标( xr , yr ) 认为是车身运动坐标，那么 车辆运动轨迹由 ( xr , yr ) 组成 。 3.用 ( xr , yr , )表示车辆的运动状态。那么影响到车身轨迹 的控制量为 xr , yr , ，直接控制的输出量为前轮转角 Φ.
xr V cos yr V sin
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
– 确定两个点的运动状态就可以确定整个车的运动。
xr V cos yr V cos
x f xr La sin y f yr La cos
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
– 由于倒车的速度很低，在 做系统仿真时，不妨假设 倒车速度为常量，程序中 取V=5 – 由于后车轴中心没有侧向滑 动那么后轴中心点( xr , yr ) 满 足约束条件：
yr cos xr sin 0
– 几何约束关系
前后轮的坐标关系： xr x f La cos
Matlab模糊控制工具箱 Fuzzy Logic Toolbox
• • • • •
FIS编辑器 隶属度函数编辑器： 模糊规则编辑器： 模糊规则观测窗 输出量曲面观测窗
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
FIS编辑器
系统设置为3个输入，1个输出，3个输入分 别为距离、角度1、角度2，输出为控制角度