自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)-無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_第1頁(yè)
自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)-無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_第2頁(yè)
自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)-無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_第3頁(yè)
自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)-無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_第4頁(yè)
自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)-無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩20頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、自動(dòng)控制綜合設(shè)計(jì)無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)指導(dǎo)老師:學(xué)校: 姓名:目 錄 一 設(shè)計(jì)的目的及意義二 智能無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)背景知識(shí)三 系統(tǒng)的控制對(duì)象四 系統(tǒng)總體方案及思路1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2 控制機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)3 控制規(guī)律4 系統(tǒng)各模塊的主要功能5 系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)6 系統(tǒng)的主要特色五 具體設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)六 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)及心得體會(huì) 一 設(shè)計(jì)目的及意義隨著社會(huì)的快速發(fā)展,汽車已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶。汽車的普及造成了交通供需矛盾的日益嚴(yán)重,道路交通安全形勢(shì)日趨惡化,造成交通事故頻發(fā),但專家往往在分析交通事故的時(shí)候,會(huì)更加側(cè)重于人與道路的因素,而對(duì)車輛性能的提高并不十分關(guān)注。

2、如果存在一種高性能的汽車,它可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)前方障礙物,自動(dòng)導(dǎo)航引路,甚至自動(dòng)駕駛,那將會(huì)使道路安全性能得到極大提高與改善。本系統(tǒng)即為實(shí)現(xiàn)這樣一種高性能汽車而設(shè)計(jì)。二 智能無人駕駛汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)背景知識(shí)智能無人駕駛汽車是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng),它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù),是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對(duì)智能汽車的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性,以及提供優(yōu)良的人車交互界面。近年來,智能車輛已經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長(zhǎng)的新動(dòng)力,很多發(fā)達(dá)國(guó)家都將其納入到各自重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)當(dāng)中。通過對(duì)

3、車輛智能化技術(shù)的研究與開發(fā),可以提高車輛的控制與駕駛水平,保障車輛行駛的安全通暢、高效。對(duì)智能化的車輛控制系統(tǒng)的不斷研究完善,相當(dāng)于延伸擴(kuò)展了駕駛員的控制、視覺和感官功能,能極大地促進(jìn)道路交通的安全性。智能車輛的主要特點(diǎn)是以技術(shù)彌補(bǔ)人為因素的缺陷,使得即便在很復(fù)雜的道路情況下,也能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物,沿著預(yù)定的道路軌跡行駛。三 系統(tǒng)的控制對(duì)象(1)系統(tǒng)中心控制部件(單片機(jī))可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),工作頻率最高可達(dá)到25MHz,能保障系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。(2)系統(tǒng)在軟硬件方面均應(yīng)采用抗干擾技術(shù),包括光電隔離技術(shù)、電磁兼容性分析、數(shù)字濾波技術(shù)等。(3)系統(tǒng)具有電源實(shí)時(shí)監(jiān)控、欠壓狀態(tài)自動(dòng)斷電功

4、能。(4)系統(tǒng)具有故障自診斷功能。(5)系統(tǒng)具有良好的人性化顯示模塊,可以將系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的重要參數(shù)(如智能車速度、電源電壓)顯示在LCD上。(6)系統(tǒng)中汽車驅(qū)動(dòng)力為500N時(shí),汽車將在5秒內(nèi)達(dá)到10m/s的最大速度。四 系統(tǒng)總體方案及思路1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)主要由車模、模型車控制系統(tǒng)及輔助開發(fā)系統(tǒng)構(gòu)成。智能車系統(tǒng)的功能模塊主要包括:控制核心模塊、電源管理模塊、路徑識(shí)別模塊、后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊、速度檢測(cè)模塊、電池監(jiān)控模塊、小車故障診斷模塊、LCD數(shù)據(jù)顯示模塊及調(diào)試輔助模塊。每個(gè)模塊都包括硬件和軟件兩部分。硬件為系統(tǒng)工作提供硬件實(shí)體,軟件為系統(tǒng)提供各種算法。2 控制機(jī)構(gòu)與執(zhí)行機(jī)

5、構(gòu)智能車主要通過自制小車來模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu),自制小車長(zhǎng)為34.6cm,寬為24.5cm,重為1.2kg,采樣周期為3ms,檢測(cè)精度為4mm。控制機(jī)構(gòu)中,主控制核心采用freescale16位單片機(jī)MC9S12DG128B。系統(tǒng)在CodeWarrior軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成,采用C語言和匯編語言混合編程,提供強(qiáng)大的輔助模塊,包括電池檢測(cè)模塊、小車故障診斷模塊、LCD數(shù)據(jù)顯示模塊以及調(diào)試輔助模塊。在路徑識(shí)別模塊,系統(tǒng)利用了freescaleS12系列單片機(jī)提供的模糊推理機(jī)。3 控制規(guī)律因?yàn)橄到y(tǒng)電機(jī)控制模塊控制小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),其在不同階段特性參數(shù)變化很大,故采用數(shù)字PID控制器,該控制器技術(shù)成熟,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

6、單,參數(shù)容易調(diào)整,不一定需要系統(tǒng)的確切數(shù)字模型。4 系統(tǒng)各模塊的主要功能控制核心模塊:使用freescale16位單片機(jī)MC9S12DG128B,主要功能是完成采集信號(hào)的處理和控制信號(hào)的輸出。電源管理模塊:對(duì)電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié),為各模塊正常工作提供可靠的電壓。路徑識(shí)別模塊:完成跑道信息的采集、預(yù)處理以及數(shù)據(jù)識(shí)別。后輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊:為電機(jī)提供可靠的驅(qū)動(dòng)電路和控制算法。轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制模塊:為舵機(jī)提供可靠的控制電路和控制算法。速度檢測(cè)模塊:為電機(jī)控制提供準(zhǔn)確的速度反饋。電池監(jiān)控模塊:對(duì)電池電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以便科學(xué)的利用,保護(hù)電池。小車故障診斷模塊:對(duì)小車故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的診斷。LCD數(shù)據(jù)顯示模塊:顯

7、示系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的重要參數(shù)。調(diào)試輔助模塊:使得小車調(diào)試更加方便。5 系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)采用CodeWarrior for S12,CodeWarrior是Metrowerks公司的,專門面向Freescale所有的MCU與DSP嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件工具,CodeWarrior for S12是面向以HC12或S12為CPU的單片機(jī)嵌入式應(yīng)用開發(fā)的軟件包。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)?、全芯片仿真、可視化參?shù)顯示工具、項(xiàng)目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調(diào)試器。6 系統(tǒng)的主要特色(1)系統(tǒng)中引用了模糊推理機(jī) 模糊推理機(jī)是freescaleS12單片機(jī)一個(gè)重要的內(nèi)部資源

8、,利用模糊推理的三個(gè)步驟模糊化、模糊邏輯推理、反模糊化,可以從路徑傳感信號(hào),推理出精確的控制量。 (2)系統(tǒng)中采用了數(shù)字濾波技術(shù)數(shù)字濾波技術(shù)可靠性高、穩(wěn)定性好、具有很強(qiáng)的靈活性、可以根據(jù)不同的干擾情況,隨時(shí)修改濾波程序和濾波方法。五 具體設(shè)計(jì) 1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)框圖如下:以下按各模塊來分別設(shè)計(jì)本硬件電路:(1) 電源管理模塊電源管理模塊的功能對(duì)電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié),為各個(gè)模塊正常工作提供可靠的工作電壓。電源管理模塊采用7.2V、2000mAh鎳鎘電池以及LM2576(5V),LM317(6V)穩(wěn)壓芯片構(gòu)成。(2) 微處理器微處理器是freescale公司推出的S12系列增強(qiáng)型的16位單

9、片機(jī)MC9S12DG128,該系列單片機(jī)在汽車電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。(3) 路徑識(shí)別模塊路徑識(shí)別模塊是智能車系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊之一,其設(shè)計(jì)的好壞直接影響到智能車控制系統(tǒng)的性能。目前能夠用于智能車輛路徑識(shí)別的傳感器主要有光電傳感器和CCD/CMOS傳感器。本設(shè)計(jì)紅外發(fā)射管和紅外接收管以及達(dá)林頓管ULN2803A作為路徑識(shí)別的傳感器。采用雙排傳感器的策略,第一排傳感器專門用于識(shí)別路徑以及記憶路徑的各種特征點(diǎn),第二排傳感器專門用于識(shí)別起始位置與十字交叉路口,由于不同傳感器的功能不一樣,因此它們的布置與安裝位置也是不同。傳感器的設(shè)計(jì)主要包括傳感器布局,傳感器間隔距離,徑向探出距離,信號(hào)的采集幾部分構(gòu)成。

10、(4) 后輪驅(qū)動(dòng)和速度檢測(cè)模塊智能車前進(jìn)的動(dòng)力是通過直流電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的,本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的型號(hào)為RS380SH,輸出功率為0.9W40W。在實(shí)際生活中,我們可能遇到彎道,為了能使模型車在過彎道的時(shí)候能快速地把速度減下來,電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用了兩塊MC33886組成的全橋式驅(qū)動(dòng)電路,可以控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)以達(dá)到制動(dòng)的目的。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中,速度指令值通過微控制器變換到驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器再為電機(jī)提供能量。速度傳感器再把測(cè)量的小車的速度量的實(shí)際值回饋給微控制器。以便微控制器進(jìn)行控制。因此要對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)控制,必須要有感應(yīng)速度量的速度傳感器。常用的有軸編碼器,它主要用來測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸的位置和轉(zhuǎn)速。(5) 轉(zhuǎn)向舵

11、機(jī)模塊凡是需要操作性動(dòng)作時(shí)都可以用舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用的舵機(jī)型號(hào)為HS925(SANWA),尺寸為39.4*37.8*27.8,重量56kg,工作速度0.11sec/60(4.8V),0.07sec/60(6.0V),堵轉(zhuǎn)力矩6.1kg。一般來講,舵機(jī)主要由以下基本分組成:舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)、控制電路板等。其中,直流馬達(dá)提供了原始動(dòng)力,帶動(dòng)減速齒輪組,產(chǎn)生高扭力的輸出,齒輪組的變速比愈大,輸出扭力也愈大,越能承受更大的重量,但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低。在設(shè)計(jì)中,為了提高舵機(jī)的響應(yīng)速度和工作力矩,采用6.0V工作電壓。(6) 電源電壓檢測(cè)模塊智能車采用鎳鎘電池供電,由于鎳鎘電池

12、具有記憶效應(yīng),對(duì)電池的不完全放電會(huì)認(rèn)為降低電池的電容量,同時(shí)深度放電又會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,造成對(duì)電池的永久損害,因此,在智能車控制系統(tǒng)中加入電源監(jiān)控模塊,當(dāng)電池電壓低于6V時(shí)及時(shí)自動(dòng)報(bào)警,并切斷電路,用來保護(hù)電池。本模塊用到的主要器件為光電耦合芯片TLP5212以及運(yùn)算放大器LM324。(7) 液晶顯示模塊為了完善智能車控制系統(tǒng)的功能,使其更加人性化,同時(shí)為了方便測(cè)試,在設(shè)計(jì)中,加入液晶顯示模塊,把智能車系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的一些重要參數(shù)顯示出來。本模塊用到的器件為L(zhǎng)CD控制器HD44780。(8) 輔助調(diào)試模塊(紅外遙控)在智能車調(diào)試階段,小車經(jīng)常出現(xiàn)啟停的情況,例如高速行駛的小車有時(shí)因?yàn)楫惓G?/p>

13、況沖出跑道,以這樣的速度碰到周圍的障礙物上,勢(shì)必?fù)p壞小車的部件,這個(gè)時(shí)候就需要小車立刻停下來。為此,在智能車系統(tǒng)上添加紅外遙控模塊,當(dāng)想啟動(dòng)小車或者想讓小車停止時(shí),只需要按下遙控器上的按鍵,就可以很方便實(shí)現(xiàn)小車的啟停。本模塊主要用紅外接收器HS0038A和紅外遙控器來進(jìn)行遙控控制。(9) 故障診斷模塊小車的故障診斷模塊原理很簡(jiǎn)單,就是利用單片機(jī)的SCIO口,通過RS232接口與上位機(jī)連接起來,通過軟件編程,小車不斷的向上位機(jī)發(fā)送代碼,通過故障代碼就可以馬上診斷出故障源。2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在智能車系統(tǒng)中,軟件系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分:路徑識(shí)別算法、后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制算法、轉(zhuǎn)向舵機(jī)控制算法、速度檢測(cè)等

14、。單片機(jī)系統(tǒng)需要接收路徑識(shí)別電路的信號(hào)、車速傳感器的信號(hào),采用某種路徑搜索算法進(jìn)行巡線判斷,進(jìn)而控制轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)和直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)??刂撇呗缘倪x擇對(duì)于小車的行駛性能是非常重要的,控制小車的最終目的就是要使小車在平穩(wěn)行駛的前提下,盡可能地以最快速度和最短的路線行駛。下面簡(jiǎn)要介紹各模塊的軟件算法。(1)后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制算法電機(jī)控制算法的作用是接受指令速度值,通過運(yùn)算向電機(jī)提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓,盡快盡量平穩(wěn)地使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到速度值,并維持這個(gè)速度值。換言之,一旦電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了指令速度值,即使遇到各種不利因素的干擾下,也應(yīng)保持速度值不變。因此我們采用數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)PID控制算法來控制本部分電路。數(shù)

15、學(xué)模型的設(shè)定我們?cè)O(shè)定系統(tǒng)中汽車車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以忽略不計(jì),并且認(rèn)為汽車受到的摩擦阻力大小與汽車的運(yùn)動(dòng)速度成正比,摩擦阻力的方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反。這樣,我們就可以用以下模型來仿真之。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可表示為:我們對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,設(shè)汽車質(zhì)量m=1000kg,比例系數(shù)b=50N*s/m,汽車驅(qū)動(dòng)力u=500N。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)中汽車驅(qū)動(dòng)力為500N時(shí),汽車將在5秒內(nèi)達(dá)到10m/s的最大速度。同時(shí)我們可以將系統(tǒng)的最大超調(diào)量設(shè)計(jì)為10%,靜態(tài)誤差設(shè)計(jì)為2%。系統(tǒng)的開環(huán)階躍函數(shù)表示為了得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù),我們進(jìn)行拉普拉斯變換。假定系統(tǒng)的初始條件為零,則:所以系統(tǒng)的傳遞

16、函數(shù)為:運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)該傳遞函數(shù)模型:m=1000b=50u=500num=1den=m bsys=tf(num,den)step(u*sys)title('系統(tǒng)開環(huán)節(jié)躍響應(yīng)曲線')從圖上我們看出,系統(tǒng)不符合5秒的上升時(shí)間要求,故需要加上合適的控制器。PID控制器的設(shè)計(jì)PID控制器的傳遞函數(shù)為:我們運(yùn)用湊試法來確定PID的各參數(shù)。首先我們確定采樣周期。采樣周期的選擇既不能過大也不能過小,過小會(huì)使采樣頻率較高,一方面會(huì)加重單片機(jī)的負(fù)擔(dān),另一方面兩次采樣值的偏差變化太小,數(shù)字控制器的輸出值變化不大。同時(shí)采樣周期也不能太大,太大會(huì)降低PID控制器的準(zhǔn)確性,從而不能正常發(fā)揮P

17、ID控制器的功能。綜上所述,我們首先選擇T=0.2s來進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如果效果不好,我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行微調(diào)。然后我們進(jìn)行比例控制器的設(shè)計(jì)。比例控制器一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng),在有靜差的情況下有利于減小靜差。我們首先設(shè)定Kp=100,則程序與仿真圖為:nc=100;dc=1;dd=tf(nc,dc)dz=c2d(dd,0.1,'tustin')np=1;dp=1000 50g=tf(np,dp)gd=c2d(g,0.1,'tustin')sysold=dz*gd;syscld=feedback(sysold,1)step(500*syscld);title('比例控制器

18、作用下的階躍響應(yīng)(驅(qū)動(dòng)力為500N)')從圖中可以看出,系統(tǒng)靜態(tài)值太高,而且上升時(shí)間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求。我們改變汽車驅(qū)動(dòng)力為10N,再次進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如下(程序中只需改動(dòng)step語句為step(10*syscld)即可):我們看到系統(tǒng)靜態(tài)值雖然產(chǎn)生了較大幅度的下降,但仍然不能滿足要求。我們?cè)賹p從100逐步增加,直至改為1500進(jìn)行測(cè)試(程序改動(dòng)為nc=1500),我們發(fā)現(xiàn)此時(shí)仿真靜態(tài)值與靜態(tài)誤差以及上升時(shí)間已基本滿足系統(tǒng)需求,從而我們完全可以通過繼續(xù)增加比例系數(shù)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)特性,進(jìn)而理論上可以省去積分環(huán)節(jié)。但是隨著比例系數(shù)的增加動(dòng)態(tài)過程將讓人不滿意,其動(dòng)態(tài)變化將過快,從而給駕

19、駛?cè)藛T帶來身體上的不適(圖二為比例系數(shù)增至5000時(shí)的仿真波形,我們發(fā)現(xiàn)在0.1s的時(shí)間內(nèi),汽車速度將從2m/s驟增至5m/s),所以我們從人性化角度考慮,增加積分環(huán)節(jié):圖二積分環(huán)節(jié)的加入可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。我們?cè)O(shè)定Kp=1000,Ki=10,此時(shí)程序和仿真圖形如下:nc=1000 10dc=1 0dd=tf(nc,dc);dz=c2d(dd,0.1,'tustin')np=1;dp=1000 50g=tf(np,dp)gd=c2d(g,0.1,'tustin'); sysold=dz*gd; syscld=feedback(sysold,1); step(

20、10*syscld,10);title('比例積分控制器作用下的階躍響應(yīng)')我們可以看到,此時(shí)靜態(tài)誤差過大,我們調(diào)節(jié)積分系數(shù)為50(改變程序?yàn)閚c=1000 50),再次仿真:我們看到系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,實(shí)際設(shè)計(jì)中可以不加入微分環(huán)節(jié)。鑒于此次設(shè)計(jì)為課程設(shè)計(jì),為保證設(shè)計(jì)完整性,我們?cè)诩尤胛⒎汁h(huán)節(jié)來觀察一下微分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。設(shè)Kd=10,則程序?yàn)椋簄c=10 1000 50dc=1 0dd=tf(nc,dc);dz=c2d(dd,0.1,'tustin')np=1;dp=1000 50g=tf(np,dp)gd=c2d(g,0.1,'tustin

21、'); sysold=dz*gd; syscld=feedback(sysold,1); step(10*syscld,10);title('比例積分微分控制器作用下的階躍響應(yīng)')我們發(fā)現(xiàn)此圖與上圖區(qū)別不明顯,即微分作用不明顯,我們將微分系數(shù)更改為500(程序更改為nc=500 1000 50):我們清楚的發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)初始值明顯變大,即微分作用可以加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,減小調(diào)整時(shí)間,從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)采樣周期改為T=1s時(shí),系統(tǒng)程序與仿真波形為:nc=500 1000 50dc=1 0dd=tf(nc,dc);dz=c2d(dd,1,'tustin

22、9;)np=1;dp=1000 50g=tf(np,dp)gd=c2d(g,1,'tustin'); sysold=dz*gd; syscld=feedback(sysold,1); step(10*syscld,10);title('比例積分微分控制器作用下的階躍響應(yīng) T=1s')我們可以看到效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如T=0.1s時(shí)的情況。所以綜上所述,我們?cè)O(shè)計(jì)的PID控制器的傳遞函數(shù)為:,采樣周期為T=0.1s。然后,我們利用數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟來設(shè)計(jì)本系統(tǒng)。通過前面的分析,我們知道被控對(duì)象的連續(xù)傳遞函數(shù)為:。其中,m=1000,b=50。因?yàn)榱汶A保持器的傳遞函數(shù)為

23、:。所以得到廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為:對(duì)單位脈沖輸入信號(hào)的十倍,選擇。仿真程序如下:G=tf(0,0.0488,0,50,47.56,0,1,'variable','z-1')H=tf(0,1,0,1,1,'variable','z-1')R=tf(10,0,0,1,-1,0,1,'variable','z-1')Y=R*Hfigure(1)impulse(Y)He=1-HE=He*R D=H/(G*(1-H)U=E*Dfigure(2)impulse(U)從圖中可以看出,在十倍的單位階躍信號(hào),采樣

24、周期為1s時(shí),只需一拍輸出就能跟蹤輸入,誤差為零,非常好的達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。然后,我們?cè)倏匆幌略隽啃蚉ID控制器的效果:當(dāng)比例積分微分系數(shù)不變時(shí),程序如下:kp=1000ki=50kd=500G=tf(1,0,1000,50)Gd=c2d(G,0.1,'z')num,den=tfdata(Gd,'v')u_1=0u_2=0y_1=0y_2=0e_1=0e_2=0q0=kp+ki*0.1+kd/0.1Aq1=-kp-2*kd/0.1q2=kd/0.1for k=1:1:1000t(k)=k*0.1r(k)=10y(k)=1-den(2)*y_1+num(2)*

25、u_1e(k)=r(k)-y(k)u(k)=q0*e(k)+q1*e_1+q2*e_2u(k)=u_1+u(k)u_2=u_1u_1=u(k)y_2=y_1y_1=y(k)e_2=e_1e_1=e(k)endplot(t,y)程序運(yùn)行結(jié)果為:我們可以清楚地看到,除超調(diào)量超過系統(tǒng)要求外,其余要求均符合系統(tǒng)初始條件,我們可以通過增加微分系數(shù)來減小超調(diào),直至使其滿足系統(tǒng)要求。(2)路徑識(shí)別模塊的軟件設(shè)計(jì)路徑識(shí)別模塊的工作框圖見下頁(yè)。智能車路徑識(shí)別算法是智能車軟件設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一部分,智能車設(shè)計(jì)的大部分工作都是圍繞它來展開的。路徑識(shí)別算法概括起來有兩種:一種是靜態(tài)識(shí)別,所謂靜態(tài)識(shí)別就是只根據(jù)小車的當(dāng)前

26、時(shí)刻的輸入量來識(shí)別小車的位置;另一種是動(dòng)態(tài)識(shí)別,所謂動(dòng)態(tài)識(shí)別就是根據(jù)小車的當(dāng)前時(shí)刻以及前面的N個(gè)時(shí)刻的信號(hào)輸入量來識(shí)別小車的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。路徑識(shí)別主要運(yùn)用MC9S12DG128B內(nèi)部的模糊推理機(jī)運(yùn)用模糊邏輯的基本知識(shí)來實(shí)現(xiàn)。 本模塊也可以用數(shù)字PID控制算法來實(shí)現(xiàn),鑒于后輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制算法已詳細(xì)的運(yùn)用了PID來講述之,此處不再贅述。此處運(yùn)用PID的思想即通過與數(shù)字地圖比較偏差,從而不斷調(diào)整小車路線,達(dá)到路徑識(shí)別的功能。(3)數(shù)字濾波技術(shù)在電動(dòng)機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)中,測(cè)量值是通過系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行采樣而得到的。它與給定值r(t)之差形成偏差信號(hào),所以,測(cè)量值是決定偏差大小的重要數(shù)據(jù)。測(cè)量值如果不能真實(shí)地反映系統(tǒng)的輸出,那么這個(gè)控制系統(tǒng)就會(huì)失去它的作用。在實(shí)際中,對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出的測(cè)量值?;煊懈蓴_噪聲,用混有干擾的測(cè)量值作為控制信號(hào),將引起誤動(dòng)作,在有微分控制環(huán)節(jié)的系統(tǒng)中還會(huì)引起系統(tǒng)震蕩,危害極大。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用了移動(dòng)平均濾波

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論