基于模糊控制的智能競速車舵機轉向系統設計

目前，汽車正向自動化、智能化方向發(fā)展，實現自動尋線行駛、自實現路徑變化功能，并在可靠性基礎上快速行駛，在工程及物流等實際生產中得到越來越多的應用。競速車模的設計開發(fā)，為車輛尋線行駛功能的實現提供了可借鑒的方案和方法。本文對競速車模舵機轉向系統進行優(yōu)化設計，提出了一種模糊控制的舵機轉向控制方法。

各種控制方法分析

目前，人們所采用的自動控制方法大致分為三種：經典控制、現代控制和智能控制。

經典控制是人們常用的控制方法，是以傳遞函數為基礎實現的。一般的工業(yè)生產過程較多屬于線性定常系統，故可以用經典控制方法來控制，經典控制方法最典型的就是pid控制方法[1-3]。其調節(jié)品質取決于pid控制器各個參數的整定。但是這種控制方法只能解決線性定常系統的控制問題。

現代控制理論可以解決時變系統的控制問題，在時變系統中，輸入量和輸出量的關系隨時間的變化而變化。故而現代控制理論在航空航天和軍事上有很大的作用?，F代控制方法以狀態(tài)方程為基礎實現。

智能控制[4-5]是自動控制發(fā)展的高級階段，是人工智能控制論、系統論和信息論的多種學科的高度綜合與集成，是一門新的交叉前沿學科。智能控制無需人的干預就能夠獨立驅動智能機器實現其目標的控制方法。目前，智能控制技術，如神經元網絡技術，模糊控制技術，遺傳算法優(yōu)化技術，專家控制系統，基于規(guī)則的仿人智能控制技術等已進入工程化和實用化。

控制方案的選取

經典控制和現代控制，要求建立一套精確的數學模型，然而在實際應用中，有些復雜過程難以求取數學模型或根本無法求取其數學模型。智能控制是利用人的經驗來控制復雜過程的一種方法，并不斷完善和發(fā)展。模糊控制[6-8]是智能控制方法中的一種，智能競速車采用模糊控制，有如下優(yōu)點：

(1)無需預先知道被控對象的精確數學模型。

(2)控制規(guī)則以人的經驗總結表示，容易掌握。

(3)對被控對象的參數變化有較強的魯棒性。

(4)控制知識是以人的語言形式表示，有利于人機對話和系統的知識處理，從而有利于系統處理的靈活性和機動性。

智能車設計方案

智能車前輪轉向設計要求

智能車模以穩(wěn)、快、準為目標，即要求模型車速度及行駛路線穩(wěn)定，算法反應和速度、角度調節(jié)快，以及速度控制和檢測系統測量準確，所以設計過程中，檢測部分必須選擇性能可靠、反應速度快的傳感器，并使用智能算法控制車輛行駛[9-11]。

紅外傳感器的布置

針對白色底色寬60cm，標識黑線寬2.5cm的道路條件，本設計采用7對紅外傳感器進行道路識別，每個紅外傳感器間隔2.5cm，成水平直線排列，以保證只有一個光電管信號在黑線內為穩(wěn)定目標。這樣，就可以依據識別信號，將偏轉角度劃分為7個級別。

舵機控制模塊

采用hs-925型舵機來控制智能車前輪的轉向，其特點為扭力大，穩(wěn)定性好，控制簡單，便于和數字系統接口，控制角度精確。

舵機工作原理

（1）舵機結構包括減速齒輪組，位置反饋電位計，直流電機和控制電路等。

舵機工作原理如圖1所示，減速齒輪組由電機驅動，其輸出軸帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉角線性地轉換為電壓并反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產生糾正脈沖，并驅動電機正向或反向轉動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，從而達到使伺服馬達精確定位的目的[12-13]。



圖1 舵機工作原