基于模糊控制的智能车系统设计

运 行 ， 须 有 一 个 可 以检 测 路 径 的 电 路 ， 于 完 成 对 赛 道 中 必 用 心 引 导 线 的识 别 。路 径 检 测 电路 主要 是 由光 电传 感 器 组 成 的
阵列构成 。 ３ 舵 机 及 电机 驱 动 电路 ） 对 智 能 车 的 舵 机 和 电 机 进 行
第 ２ ０卷 第 １ 期 ８
Ｖ０ ．Ｏ １２ Ｎｏ １ ．８
电子设计 工程
Ｅｌ ｃｒ ｎｉ ｓｇ ｇｎｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ
２１ ０ ２年 ９月
Ｓｅ ｐ．２ ２ ０１
基才模糊 控制 的智能 车 系统设计
肖文健 ，李 永科
（ 军械 工 程 学 院 光 学 与 电子 工程 系。河 北 石 家 庄 ０ ０ ０ ９ ５ ０ ３
于模 糊 控 制 的 智 能 车控 制 系统 。 通过 仿 真 与 实验 ， 明 所提 出的控 制 方 法 能很 好 完成 智 能 车 的导 航 控 制 。 证
关 键 词 ：智能 车 ；路 径识 别 ；跟 踪控 制 ；模 糊 控 制
中图 分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ２ ３
文 献标 识 码 ： Ａ
量 传 输 至 执 行 器 。模 糊 控 制 器 的组 成 框 图如 图 ３所 示 。
一 一 … … … 一 一 … … … 一 … … 一 。 Ｉ
部 分 系 统 组 成 ： 测 系 统 、 制 决 策 系 统 和 动 力 系 统 。其 中 以 检 控
收 稿 日期 ：０１ — ５ ２ ２ ２ ０—９ 稿 件 编 号 ： ０ ２ ５ １ ２ １０ ２ １
具体构成如下 ：
１Ｍ ９ １Ｘ １８单 片 机 的 最 小 系 统 ） Ｃ Ｓ２ Ｓ ２ 大 赛 规 定 必 须 采 用 飞 思 卡 尔 半 导 体 公 司 的 ８位 、６位 微 控 制 器 作 为 核 心 控 制 １ 单元 ， 以采用 组委会统一 提供 的单片机 开发板 ． 可 以 自 可 也 行设计嘲 。最 小 系 统 是 本 系 统 的 核 心 。 执 行 一 切 操 作 及 相 应 是
Hale Waihona Puke 单 片 机 为 核 心 ． 有 传 感 器 的 检 测 系 统 和 驱 动 电 机 、 向 舵 配 转 机 的 动 力 系 统 及其 相应 的 电路 构 成 了智 能 车 系统 的硬 件 。路 径 信 息 的 处 理 与 以 及 相 应 的 控 制 策 略 和 算 法 构 成 了 智 能 车 的 软 件 。 因此 。 智 能 车 系 统 分 为 硬 件 电路 设 计 和 软 件 控 制 本 算法与策略两部分 。
Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｔｌ ｇ ｎ ｅ ｉｌ ｏ ａ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ；ｔ ｃ ｉ ｇ ｃ ｎｒ ｌ ｕ ｚ ｏ ｔ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ｅｌ ｅ ｔ ｈ ｃｅ；ｒ ｄ ｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｉ ｖ ｉ ｒ ｋ ｎ ｏ ｔ ；ｆ ｚｙ ｃ ｎ ｒ ａ ｏ ｏ
智 能 车 辆 又 称 移 动 机 器 人 ， 一 个 集 环 境 感 知 、 划 决 是 规
Ｆ ｇ Ｃｉｃ ｉ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｈ ｒ ｗａ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ．１ ｒ ｕ ｔ ｉｇ ａ ｏ ａ ｄ ｒ ｙ ｔ ｍ
驱 动模 型 赛 车 。根 据 比赛 规 则 ． 赛 队伍 必须 通 过 设 计 基 于 参
单 片 机 的 控 制 系统 控 制 智 能 车 在 封 闭 的跑 道 上 自主 循 线 运 行 １ 因 此 ， 为 能 够 自动 识 别 路 径 运 行 的智 能 车 ， 少 由 ３ ３ ］ 。 作 至
摘 要 ： 着 汽 车 工 业 的发 展 ， 车 智 能 化 成 为 大 势 所 趋 。 智 能 汽 车 是 一 个 集环 境 感 知 、 划 决 策 、 随 汽 规 自主 控 制 等 多 种 功 于 一 体 的 综合 系统 ． 集 中地 运 用 了计 算 机技 术 、 工 智 能 与 自动 控 制技 术 、 代 传 感 器 技 术 、 息 与 通 信 等 技 术 ， 它 人 现 信 是 典 型 的 高新技 术 的 综 合 体 。 通过 以 四轮 车模 为研 究对 象 ， ＭＣ Ｓ ２ Ｓ ２ 以 ９ １Ｘ １ ８单 片机 为 主控 芯 片 ， 计 并 实 现 了一 个 基 设
能 车 为研 究 起 点 ， 为今 后 室 内 和 室 外 非 结 构 环 境 下 智 能 车 的 研 究 和 实 际 应 用 奠 定 理 论 和技 术 基 础 。
ｌ 系统 分 析
智 能 汽 车竞 赛 所 使 用 的 车模 是 一 款 带 有 差 速 器 的 后 轮
图 １ 硬 件 系 统 电 路 框 图
的要 求及 实 际 电 路需 要 ， 智 能 车硬 件 系 统设 计 如 图 １ 示 。 本 所
本 文 以 全 国智 能 车 竞 赛 用 智 能 车 模 型 及 赛 道 环 境 为 背 景 。 绕 着 光 电传 感 器 导航 中 的 路 径 信 息 处 理 与控 制 算 法 及 围
硬件 系统的实现展开研究 ， 旨在 提 高 智 能 车 路 径 识 别 的 准 确 性 、 径 跟 踪 的 稳 定 性 和 快 速 性闭 并 以 室 内 引 导线 导 航 的智 路 。
１１ 硬 件 系统 设 计 ．
策、 自动 驾 驶 等 多 种 功 能 于 一 体 的 综 合 系 统 ， 出发 点 和 目 在
标 点 之 间 能 够 实 现 自动行 驶 Ｉ ｌ １ 是 目前 各 国 重 点 发 展 的智 。它
能 交 通 系 统 中一 个 重 要 组 成 部 分 ， 时在 军 事 领 域 也 得 到广 同
电路 板 。
的 效 果 ， 对 于智 能 车 这 种 非 线 性 、 变 和 模 型 不 确 定 的 复 但 时 杂 系 统 ，Ｉ ＰＤ参 数 整 定 非 常 困难 甚 至 根 本 无 法 整 定 ． 制 效 果 控
２ 路 径 检 测 电路 ）
为 保证 智 能 车 能 够 在 跑 道 上 自主 循 线
作 者 简 介 ： 文健 （ ９ ９ ） 男 ， 北 张 家 口人 ， 士研 究 生 。研 究方 向 ： 能控 制 。 肖 １ ８一 ， 河 硕 智 １８ ５ －
－
肖文健 ，等
基 于模 糊 控制 的 智能 车 系统 设计
与 路 径 的 曲率 成 正 比 。
采 用 传 统 的 Ｐ Ｄ 控 制 器 对 舵 机 进 行 控 制 能 够 取 得 一 定 Ｉ
泛运用 。
由于 光 电传 感 器 具 有 信 息 处 理 简单 ， 时 性 好 的 特 点 。 实 便
于 单 片 机 等 简单 处 理 器 的 实 时 处 理 ， 用 光 电 传 感 器 导 航 在 利 智 能 车 中的 应 用 越 来 越 广 泛 。
硬 件 电路 设 计 是 整 个 智 能 车 系 统 设计 的基 础 。根 据 大 赛
法 ， 从 行 为 上 模 仿 人 的 模 糊 推 理 和 决 策 过 程阁 该 方法 的 实 它 。 现原理是 首先将操作人员或专家 的经验编制成模糊规则 ： 然 后 将 来 自传 感 器 的 实 时 信 号 模 糊 化 。 糊 化 后 的信 号 作 为 模 模 糊规则 的输 入 ， 而完成模 糊推理 ； 后将推 理得到 的输 出 从 最
文 章 编 号 ：１７ — ２ ６ ２ １ ）８ ０ ５ — ３ ６４ ６ ３ （０ ２ １— １ ８ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｆｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｏ ｓｇ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｔｖ ｈｉｌ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｈｏ ｏ ｌｃ ｒｃ ｓ ｎｓ ｒ ｉ
ａｔ ｃ ａ ｉ ｔｌ ｇ ｎ ｅ ｎ ａ ｔｍａｉ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｈ ｏ ｏ ， ｍｏ ｅ ｓ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏｏ ， ｉｆ ｒ ｔ ｎ ｎ ｃ ｍｍｕ ｉ ａｉｎ ｒｉ ｉｌ ｎ ｅｌ ｅ ｃ ａ ｄ ｕ ｏ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｏ ｔ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｙ ｄｍ ｅ ｓ ｒ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｙ ｎ ｏ ｍａｉ ａ ｄ ｏ ｏ ｎｃ ｔ ｓ ｏ ｔｃ ｎ ｌｇ ． ｔｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｌ ｏ ｔ ｌｓ ｓｅ ｗ ｔ ｈ ９ １ ＸＳ ２ ｓｉ ｃ ｏ ｒ ｃ ｓ ｏ ，ｉ ｄ ｓｇ ｅ ｄ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ａｎ ｉ ｅ ｌ ｅ ｔ ｈ ｃｅ ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｉ ｔ ｅ ＭＣ Ｓ ２ １ ８ ａ ｔ ｍｉｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｎ ｉ ｖ ｏ ｈ ｓ ｎ ｍｐ ｅ ｎ ｅ ｉ ｅｄ ｓ ｅｔ ｔ ｎ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｓｓ ｏ ｔ ａ ｅｃ ｎ ｒｌ ｔｏ ａ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒｌ ｆ ｈ ｎｅ ｌ ｅ ｔ ｅ ｉ ｌ ａ ｉａ ｉｎ ｎ ｔ ｉｓ ｒ ｉ ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｈ ｗ ｔ ｏ ｔｏ ｈ ｄ ｃ ｎ ｃ ｍｐ ｅｅ ｔ ｏ ｔ ｅｉ ｔｌ ｇ ｎ ｈ ｃｅｎ ｖｇ ｔ ． ｈ ａｏ ｈ ｔ ｈ ｍｅ ｈ ｏｏｔ ｉ ｖ ｏ
的 控 制 策 略 的 基 础 。为 使 系 统 具 有 更 好 的处 理 能 力 以及 适 应 智 能车模 型 的结构 特点 ，系统采用 １ ６位 微 控 制 器 ＭＣ Ｓ ２ ９ １ Ｘ １ ８作 为 控 制 单 元 ， Ｓ２ 自行 设 计 了 可 放 在 车 模 底 盘 上 的 Ｐ Ｂ Ｃ
往 往 不 理 想 。而 模 糊 控 制 能 对 复 杂 和 模 型 不 确 定 的系 统 进 行
简 单 而 有 效 的 控 制 ， 结 归 纳 驾 驶 员 的 驾 驶 经 验 ． 成 控 制 总 制 规 则 表 ， 现 对 小 车 的 方 向 控 制 。在 不 太 复 杂 的赛 道 上 。 用 实 使 这 种 控 制 器 能取 得 较 好 的控 制 效 果 。模 糊 控 制 是 以 模 糊 集 理
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论 、 糊 语 言 变 量 和模 糊 逻 辑 推 理 为 基 础 的一 种 智 能 控 制 方 模
驱 动 ， 制 赛 车 方 向 与 速 度 ， 智 能 车 顺 利 跑 完 全 程 和 竞 速 控 是 所 必 须 具 备 的硬 件 基 础 。 ４ 车 速 检 测 电路 ） 对 智 能 车 的行 驶 状 态 进 行 闭 环 控 制 。