基于模糊PID控制的智能小车控制器的研制开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题目：基于模糊PID控制的智能小车控制器研制

课 题 类 别： 设计 □ 论文 □

学 生 姓 名： 熊 康

学 号： 2008510501123

班 级： 自动化08-01班

专业（全称）： 自动化

指 导 教 师： 邓本再

2012 年 4 月 1、本课题设计（研究）的目的： 目前工业现场中大多数恶劣环境和危险环境中仍采用人工操作方式，由于其危险性高，安全性差等因素，导致对智能自动引导车的研究和开发。 本课题要求采用微机开发一套智能小车控制系统，由视觉系统提供环境信息，通过

导引技术实现小车路径的自动识别，采用模糊PID控制策略，有效而快速地控制小车启动，加减速和稳定行驶，保证小车在实际环境中行驶的连贯性和路径跟踪的准确性。 2、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。19年美国Barrett Electronics公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航辅助驾驶研究会。从90年始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1-Navlab10）的研究，取得了显著的成就。 国内对于移动机器人的起步比较晚。从“七五”开始，我国的移动机器人研究开始起步，经过多年来的发展，已经取得了一定的成绩。清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定。涉及到五个方面的关键技术：基于地图的全局路径规划技术研究；基于传感信息的局部路径规划技术研究；路径规划仿真研究；传感技术、信息融合技术研究；智能移动机器人的设计和实现。城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防暴机器人。中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统。哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等。 智能小车最适合那些人类无法工作的环境中工作，他们已在许多工业部门获得广泛的应用，如焊接、喷漆、医疗应用等，这使得智能小车具有非常广泛的发展应用前景。 整个智能车的设计就是根据检测到的路径信息来对小车进行控制，即控制小车的行驶速度和转向控制，良好的控制才能实现小车的平均速度，增加智能小车的稳定性，以提高系统的鲁棒性。在自动小车路径跟踪控制中目前采用的方法主要有常规PID控制器、模糊控制器等。 1、常规PID控制器，按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，它是连续系统中技术成熟、应用非常广泛的一种调节器。它结构简单，参数容易调整，并且在算法上易于实现，控制精度高，但是对于存在非线性、时变的系统不容易保证其控制效果。 2、模糊PID控制器，模糊PID控制器把模糊控制和PID控制结合起来，利用模糊控制对PID参数进行在线调整，提高了系统的动态性能。采用模糊控制的方法往往可以比较好地解决常规PID不易解决的非线性系统的控制问题，传统的控制任务要求输出量为定值调节系统，或者是要求输出量跟随期望的运动轨迹随动系统，要求比较单一，模糊控制系统的任务要求往往比较复杂，它的突出特点显现在： （1）控制器的设计不要求知道被控对象的精确数学模型，只需提供现场操作人 员的经验知识及操作数据。 （2）控制系统的鲁棒性强，对于非线性时变之后系统，因为其对参数变化不敏感，所以其动态特性和静态特性均优于常规控制手段。 （3）控制推理采用“不精确推理”。由于推理过程模仿人的思维过程，介入了人类的经验，因而能够处理复杂甚至“病态”的系统。 3、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： 1、设计重点 模糊控制算法的实现。 2、设计难点 模糊子集的选取，模糊规则的确定，控制规则是模糊控制器的核心，控制规则的制定需要根据经验和直觉推理，将人的大量成功的控制策略经整理、加工提炼后，用输入、输出变量的模糊状态给以描述出来，对于初学者或者经验不足者，很难制定出达到预定结果的模糊规则。模糊推理及反模糊化。 3、研究手段 （1）红外检测方式 若选用普通光敏元件作为检测头，小车受环境光的影响较大，而检测头作为智能小车的眼睛，能帮助智能小车快速检测轨道信息，及时作出反应，为此要求其具有灵敏度高，抗干扰能力强等特点。红外检测具有反映速度快、定位精度高、可靠性强以及可见光传感器所不能比拟的优点，所以采用红外线作为检测头。 （2）ARM为核心控制系统 ARM微处理器资源丰富，具有良好的通用性，其主要优点是高性能、低价格、低功耗。ARM本身是32位微处理器，但却集成了16位的Thumb指令集，这使得ARM可以代替16位的处理器如51系列单片机使用，同时还具有32位处理器的速度，由于ARM的嵌入式系统其性能优良，移植性好，已广泛应用在各个行业，因此将ARM微处理器应用于智能小车的控制系统是一种较好的选择。 （3）模糊PID算法实现控制 智能小车是一种集环境感知、规则决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，具有时变且非线性特点。其中控制算法对智能车起着关键作用，传统的PID控制难以得到很好的效果。因此本课题采用模糊PID控制算法，能够使系统具有很好的动态响应性能，并且可以对PID参数进行 在线自调整，提高了系统的适应性和鲁棒性，改善了系统的稳态误差和效率，并且其抗干扰能力明显提高。 （4）电机及驱动 采用直流电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单、使用方便、可以很方便的实现电机驱动下的智能小车的前景、后退、停止等操作。电机的驱动芯片选用L298N作为驱动芯片。工作稳定电机驱动信号由ARM控制系统提供，信号经过光耦隔离后，传至PWM控制芯片L298N，通过L298N的输出引脚与两个电机相连。 4、设计（研究）进度计划： 五至六周： 查阅资料, 撰写开题报告，外文翻译 六至八周： 制订设计方案与理论分析 八至十周： 硬件设计 十至十二周： 软件设计 十二至十三周： 系统仿真 十四至十五周： 撰写论文 十六至十七周： 修改论文，毕业答辩 5、参考文献： [1] 刘进，齐晓慧，李永科.基于视觉的智能车模糊PID控制算法.兵工自动化,2008,27（10）：67-69. [2]朱其祥.基于PID算法的嵌入式模糊控制器及应用.沈阳师范大学学报，2011,29(3)：406-409. [3] 徐国华，谭名.移动机器人的发展现状及其趋势.机器人技术与应用，2001,(3)：7-14. [4]李磊，叶涛，谭民，陈细军.移动机器人技术研究现状与未来.机器人 ROBOT，2002,24（5）：475-480. [5] 王金波，姜华，徐鹏.自主移动机器人巡线控制研究.自动化技术与应用,2011,30(7)：17-21. [6]王晓岚，苏玉刚，孙跃，王学勤.模糊控制技术现状与发展趋势.电工技术.2000,（3）：3-6 [7] 程柏林.基于模糊PID控制的智能小车控制器的研制.合肥工业大学硕士学位论文.2007,35-45 [8] 杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用.广州:华南理工大学出版社，2003 [9] 王述彦，师宇，冯忠绪.基于模糊PID控制器的控制方法研究.机械科学与技术.2011,30(1),166-172. [10赵庆松，苏敏.基于ARM的直流电机调速系统的设计与实现.ARM开发与应用.2007,173-175. [11程柏林.基于模糊PID控制的智能小车控制器的研制.合肥工业大学硕士学位论文.2007,35-45 [12]冯超，姜晓峰.智能小车的设计与制作.科技传播，2011,07,178-179. [13]肖成，罗坚，刘锰.基于S3C 2440的嵌入式智能小车控制系统设计.信息与电脑.2011,(5):60-61 [11]N Nilsson.A mobile automation:An application of artificial intelligence techniques.In Proc IJCAI,1969 [12] B Metea.Planing for Intelligence Autonomous Land Vechicles Using Hearachical Terrain Representation.Proc of IEEE Int Conf on Robotics and Automation.1987:1947-1952 指导教师意见 签名： 月 日 教研室（学术小组）意见 教研室主任（学术小组长）（签章）： 月 日