基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统PPT课件
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• 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
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10 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
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11 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
-
4 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
fuzzy controller为模糊控制器
-
参数初始化命令
15 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
-
16 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
-
17 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
yr y f La sin
-
5
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 xf 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
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
-
6 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.
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
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9 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
Matlab模糊控制工具箱 Fuzzy Logic Toolbox
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3 北京信息科技大学 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
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18 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
-
19 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 。
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
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12 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，
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13 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
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。
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。
-
20 北京信息科技大学 孙骏
THE END
谢谢！
-
21 北京信息科技大学 孙骏
倒车系统模糊控制器
模糊规则观测与输出量曲面观测：
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14 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
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
Biblioteka Baidu
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北京信息科技大学 孙骏
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
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2 北京信息科技大学 孙骏
系统最终仿真效果
汽车运动模型
动画与显示
模糊控制器
控制函数
参数初始化
xr V cos yr V sin
-
7 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
v tan / La
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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
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3.模糊控制器设计
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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
fuzzy controller为模糊控制器
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参数初始化命令
15 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
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16 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
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17 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
yr y f La sin
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1.倒车系统模型分析
• 动力学分析
xr xf 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
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
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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.
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
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Matlab模糊控制工具箱 Fuzzy Logic Toolbox
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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
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CASE3：垂直距离较近，水平距离较远时
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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 。
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
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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，
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3.模糊控制器设计
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。
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。
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20 北京信息科技大学 孙骏
THE END
谢谢！
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21 北京信息科技大学 孙骏
倒车系统模糊控制器
模糊规则观测与输出量曲面观测：
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14 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
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
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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
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2 北京信息科技大学 孙骏
系统最终仿真效果
汽车运动模型
动画与显示
模糊控制器
控制函数
参数初始化
xr V cos yr V sin
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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
v tan / La
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8 北京信息科技大学 孙骏