基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统

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北京信息科技大学孙骏系统最终仿真效果模糊控制器动画与显示汽车运动模型控制函数参数初始化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满足约束条件：–几何约束关系前后轮的坐标关系：cossin0rryxcossinrfarfaxxLyyL(,)rrxy北京信息科技大学孙骏1.倒车系统模型分析•动力学分析–对上式求导可得：–代入下面的方程可得：–这样，将前后轮的运动、车体转动速度联系到了一起cossinrfarfaxxLyyLsincosrfarfaxxLyyLcossin0rryxsincos0ffaxyL北京信息科技大学孙骏•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认为是车身运动坐标，那么车辆运动轨迹由组成。3.用表示车辆的运动状态。那么影响到车身轨迹的控制量为，直接控制的输出量为前轮转角Φ.(,)rrxy(,)rrxy(,,)rrxy,,rrxy1.倒车系统模型分析cossinrrxVyV北京信息科技大学孙骏•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。1.倒车系统模型分析coscosrrxVyVsincosfrafraxxLyyLtan/avL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Matlab模糊控制工具箱FuzzyLogicToolbox•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3.模糊控制器设计北京信息科技大学孙骏倒车系统模糊控制器3.模糊控制器设计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，输出为控制角度北京信息科技大学孙骏倒车系统模糊控制器3.模糊控制器设计隶属度函数编辑器：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倒车系统模糊控制器3.模糊控制器设计模糊规则编辑器：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倒车系统模糊控制器3.模糊控制器设计模糊规则观测与输出量曲面观测：北京信息科技大学孙骏倒车系统Simulink仿真结构图3.模糊控制器设计truckkinematics为方程组表示的汽车系统模型fuzzycontroller为模糊控制器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animation为输出的动画显示模块参数初始化命令北京信息科技大学孙骏倒车系统Simulink仿真结构图3.模糊控制器设计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。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THEEND谢谢！