基于模糊控制的智能竞速车舵机转向系统设计

分享到:

目前,汽车正向自动化、智能化方向发展,实现自动寻线行驶、自实现路径变化功能,并在可靠性基础上快速行驶,在工程及物流等实际生产中得到越来越多的应用。竞速车模的设计开发,为车辆寻线行驶功能的实现提供了可借鉴的方案和方法。本文对竞速车模舵机转向系统进行优化设计,提出了一种模糊控制的舵机转向控制方法。

各种控制方法分析

目前,人们所采用的自动控制方法大致分为三种:经典控制、现代控制和智能控制。

经典控制是人们常用的控制方法,是以传递函数为基础实现的。一般的工业生产过程较多属于线性定常系统,故可以用经典控制方法来控制,经典控制方法最典型的就是pid控制方法[1-3]。其调节品质取决于pid控制器各个参数的整定。但是这种控制方法只能解决线性定常系统的控制问题。

现代控制理论可以解决时变系统的控制问题,在时变系统中,输入量和输出量的关系随时间的变化而变化。故而现代控制理论在航空航天和军事上有很大的作用。现代控制方法以状态方程为基础实现。

智能控制[4-5]是自动控制发展的高级阶段,是人工智能控制论、系统论和信息论的多种学科的高度综合与集成,是一门新的交叉前沿学科。智能控制无需人的干预就能够独立驱动智能机器实现其目标的控制方法。目前,智能控制技术,如神经元网络技术,模糊控制技术,遗传算法优化技术,专家控制系统,基于规则的仿人智能控制技术等已进入工程化和实用化。

控制方案的选取

经典控制和现代控制,要求建立一套精确的数学模型,然而在实际应用中,有些复杂过程难以求取数学模型或根本无法求取其数学模型。智能控制是利用人的经验来控制复杂过程的一种方法,并不断完善和发展。模糊控制[6-8]是智能控制方法中的一种,智能竞速车采用模糊控制,有如下优点:

(1)无需预先知道被控对象的精确数学模型。

(2)控制规则以人的经验总结表示,容易掌握。

(3)对被控对象的参数变化有较强的鲁棒性。

(4)控制知识是以人的语言形式表示,有利于人机对话和系统的知识处理,从而有利于系统处理的灵活性和机动性。

智能车设计方案

智能车前轮转向设计要求

智能车模以稳、快、准为目标,即要求模型车速度及行驶路线稳定,算法反应和速度、角度调节快,以及速度控制和检测系统测量准确,所以设计过程中,检测部分必须选择性能可靠、反应速度快的传感器,并使用智能算法控制车辆行驶[9-11]。

红外传感器的布置

针对白色底色宽60cm,标识黑线宽2.5cm的道路条件,本设计采用7对红外传感器进行道路识别,每个红外传感器间隔2.5cm,成水平直线排列,以保证只有一个光电管信号在黑线内为稳定目标。这样,就可以依据识别信号,将偏转角度划分为7个级别。

舵机控制模块

采用hs-925型舵机来控制智能车前轮的转向,其特点为扭力大,稳定性好,控制简单,便于和数字系统接口,控制角度精确。

舵机工作原理

(1)舵机结构包括减速齿轮组,位置反馈电位计,直流电机和控制电路等。

舵机工作原理如图1所示,减速齿轮组由电机驱动,其输出轴带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角线性地转换为电压并反馈给控制线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动电机正向或反向转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,从而达到使伺服马达精确定位的目的[12-13]。

 

图1 舵机工作原

(2) 舵机的控制

本系统采用的控制信号为周期13ms的脉冲信号,改变脉冲宽度就可以改变舵机的方向,另外脉冲宽度和转角成线性关系[14-16],其计算公式为:

a=(l-1.5)×90° (1)

其中a是舵机的转角,单位是度;l是脉冲宽度,单位是毫秒。其转角和脉冲宽度的对应关系如图2所示。

 

图2 舵机的控制

在硬件实现上,利用了一路16位的pwm来驱动舵机转向。

模糊控制方案的设计

模糊控制器有三个功能模块:模糊化,模糊推理,清晰化,如图3所示。

 

图3 模糊控制器

继续阅读
大数据对我们每个人的重要性日益增长,将成为一个时代

大数据逐渐渗透我们的日常生活与每个角落,大数据产生于各行各业,这场变革也必将影响到各个行业,因此,机遇也蕴含其中。时代飞速发展,大数据对我们每个人的重要性日益增长,影响和改变我们的生活,这也意味着大数据将成为一个时代

荷兰研究团队造出第一座3D打印钢桥,本月正式亮相荷兰设计周

世界上第一座3D打印钢桥是40英尺长(约为12.2米)的不锈钢结构,被命名为“The Bridge”,桥梁施工方法独特,这使得它看起来与众不同。目前这座钢桥的创造者已经准备好在荷兰阿姆斯特丹开始为期一周的安装,随后会在10月20日至28日在荷兰设计周上展出。

汽车电子发展新动向

当前,全球新一轮科技革命和产业变革风起云涌,科技创新正加速推进,并深度融合、广泛渗透到人类社会的各个方面。汽车正在从简单的交通运输工具转变为移动的智能终端,智能化和网联化发展趋势已成必然。在这个过程中,汽车电子作为电子信息技术与传统汽车产业跨界融合的产物,将扮演越来越重要的角色,汽车电子产业呈现出了以下发展趋势

无人机常用避障技术有哪些?这篇文章带你看懂

无人机自动避障系统能够及时地避开飞行路径中的障碍物,极大地减少因为操作失误而带来的各项损失。在减少炸机事故次数的同时,还能给无人机新手极大的帮助!

工业物联网何时落地?云平台与AI技术是关键

工业物联网仍属于自动化范畴,要真正达到智能化,必须倚靠之后云端平台与AI技术的导入。

精彩活动