遺傳模糊自校正PID的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)控制器

1、遺傳模糊自校正PID的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)控制器1. 簡介 在設(shè)計(jì)的汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)的困難可分為如下。第一，車輛剎車力度是非線性的。 第二，有很多未知的環(huán)境， 如道路的摩擦系數(shù)，可能是濕的，有雪的，或者干的。最后由于機(jī)械磨損和老化導(dǎo)致參數(shù)的變化。 最近，大量關(guān)于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)研究已進(jìn)行。目前，大多數(shù)商業(yè)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是基于查找表格式的方法。這些表的校準(zhǔn)通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工程領(lǐng)域的測(cè)試。 對(duì)于常規(guī)的PID自動(dòng)機(jī)控制器被廣泛接受的行業(yè)。根據(jù)在YU（1999）的一篇調(diào)查報(bào)告，一個(gè)行業(yè)超過90的控制循環(huán)中使用PID。這是因?yàn)镻ID控制器容易理解，容易向其他人解釋，容易實(shí)施。不幸的是，PID回路的運(yùn)作中有

2、許多是在不斷監(jiān)測(cè)和調(diào)整需要，因?yàn)樗鼈兒苋菀壮蔀檎{(diào)整不當(dāng)。一般來說，為了滿足實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，自校正是必要的。 成功的激發(fā)了模糊控制器控制的非線性、復(fù)雜，在現(xiàn)實(shí)的世界變動(dòng)態(tài)過程，就出現(xiàn)了模糊邏輯控制器的理論方面的研究工作急劇增加。主要的原因是，模糊邏輯控制器基本上納入了控制策略的人的專門知識(shí)，開發(fā)更容易理解的語言解釋。在不同類型的模糊邏輯控制器結(jié)構(gòu)中，PI類型和PD類型模糊邏輯控制器非常普遍。其他有關(guān)工程使用了不同的適應(yīng)政策，以改善一個(gè)或多個(gè)性能指標(biāo)。然而，PID類型模糊邏輯控制器的發(fā)展不是很普遍，因?yàn)樗鼈冃枰S規(guī)則庫的建設(shè)，那是復(fù)雜的設(shè)計(jì)。此外，為了使PID類型模糊控制器的自適應(yīng)，自由適應(yīng)性參

3、數(shù)增加，它們的相互作用和相互依存的人數(shù)進(jìn)一步復(fù)雜化的情況。對(duì)汽車使用模糊系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)PID控制器的領(lǐng)域，吸引了很多作家。一個(gè)模糊的自校正增量PID控制器已經(jīng)被 He et al.s-z.et al(1993)提出。該控制器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)傳統(tǒng)的PID結(jié)構(gòu)，開始與比例增益，積分時(shí)間和微分時(shí)間值的運(yùn)作，獲得著名的齊格勒-nichls調(diào)整公式。該計(jì)劃實(shí)施的監(jiān)督模糊系統(tǒng)，每個(gè)采樣時(shí)刻的控制參數(shù)自適應(yīng)變動(dòng)的情況，提高控制性能。另一項(xiàng)研究，為調(diào)查的PID整定模糊邏輯控制器已被visioli在一月作出。在他的工作，有幾個(gè)PID控制方案進(jìn)行了模擬線性系統(tǒng)。雖然在大多數(shù)情況下，控制器的性能優(yōu)越的線性過程顯示，它們僅

4、能減少?zèng)_鋒，同時(shí)在日益興起的費(fèi)用，且降解變得越來越重要隨著增加的時(shí)間延遲。這限制了作為一個(gè)整體接受良好的控制機(jī)制。根據(jù)上述作品，可以得出結(jié)論，Z-N方法已被廣泛地作為整定PID控制器的開關(guān)線。這可能是指該方法能夠保持良好的負(fù)載擾動(dòng)衰減。然而大多數(shù)的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)化協(xié)調(diào)問題從使用Z-N調(diào)整參數(shù)到其他作者定義的參數(shù)，并以新的參數(shù)模糊邏輯為調(diào)諧工具。這表明缺乏一個(gè)通用的方法可用于線性和非線性對(duì)象。此外，Z-N方法的適用性和應(yīng)用范圍是有限的。例如，它不適合與時(shí)間常數(shù)的比值小于0.15或者大于0.6。該方法還不適于阻尼和高靈敏度差，同時(shí)不適于閉環(huán)突然發(fā)生相當(dāng)大的參數(shù)變化。在這個(gè)研究中，一個(gè)自校正的PID控制

5、器為防抱死制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)劃。控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)扭矩對(duì)于避免鎖方向盤是必須的，以至于開車的人能控制車的運(yùn)動(dòng)。參數(shù)的變化為一個(gè)簡單，無模型模糊PID型結(jié)構(gòu)發(fā)展為三個(gè)獨(dú)立的廣義模糊系統(tǒng)的有效結(jié)合的過程。通過調(diào)整每個(gè)PID是一階Takagi - Sugeno模糊系統(tǒng)，確定其最佳離線使用改進(jìn)的遺傳算法參數(shù)控制目標(biāo)是保持在理想范圍內(nèi)的輪胎滑移率，同時(shí)保持最小的制動(dòng)距離，制動(dòng)時(shí)由驅(qū)動(dòng)程序的要求。用這種方法，PID控制器可自動(dòng)調(diào)整，以滿足系統(tǒng)的不確定性，實(shí)現(xiàn)令人滿意的答復(fù)。對(duì)道路狀況的穩(wěn)健性進(jìn)行審查，并通過數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果與先前的作品相比。本文組織如下, 第2節(jié)介紹了有關(guān)季度汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的模式建立一個(gè)數(shù)學(xué)

6、模型。第3節(jié)介紹了整定PID控制器領(lǐng)域以往的作品。第4說明提出的PID自整定方案一階基于T-S模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通過學(xué)習(xí)達(dá)到最佳的性能指標(biāo)，用改進(jìn)的遺傳算法。模擬結(jié)果和討論載于第5節(jié)。第6節(jié)為我們總結(jié)評(píng)論。2. 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的模型2.1本季度車輛動(dòng)態(tài)模型 驗(yàn)證控制性能，本節(jié)演示了一個(gè)簡化的四分之一車輛模型動(dòng)態(tài)議案，是被Assadin and Nouilllant推導(dǎo)的。fig.1. 非線性動(dòng)力學(xué)可以描述如下。在縱向方向的力的平衡 （1）所定義的滑移率 （2）總結(jié)對(duì)車輪扭矩中心 （3）用公式(1)和公式（2）重排 （4） 公式（4）清楚地看出，在制動(dòng)過程中，滑移率是根據(jù)輸入扭矩U和車速

7、在狀態(tài)空間依賴，系統(tǒng)的狀態(tài)變量是:，在哪里停車距離的狀態(tài)空間方程是 （5）在式（5）的狀態(tài)空間模型已被用于模擬測(cè)試，以評(píng)估該防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的性能，采用不同的PID控制策略。在制動(dòng)過程中，我們假設(shè)車輪半徑不變，車速和車輪角速度是通過換能器在適當(dāng)?shù)牡胤娇捎眯盘?hào)。以至于滑移率是防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的可用參數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)。2.2 制動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)和問題的定義 防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的能力去保持車輛的穩(wěn)定性和可靠性，并且仍然產(chǎn)生短的制動(dòng)距離比從鎖定車輪停止這些，來自該關(guān)系的附著系數(shù)和車輪滑移率。摩擦系數(shù)可以在很寬的變化范圍，根據(jù)這些因數(shù)例如：（a） 路面條件（干燥或濕）（b）輪胎側(cè)偏角（c）輪胎品牌（夏季胎，冬季胎）（d）

8、車輛速度（e）輪胎與路面之間滑移率在這篇文章中，Burckhardt介紹了輪胎摩擦模型并且在harifi被采用。它提供了輪胎路面的摩擦系數(shù)作為車輪防滑系數(shù)和汽車速度 （6）公式（6）參數(shù)表示如下：是的摩擦曲線的最大值，是曲線形狀的摩擦，是最大值之間的摩擦和價(jià)值曲線之差在時(shí)，是濕度的特征值并且范圍0.02 -0.04s/米。表1顯示了不同的道路條件第摩擦模型的參數(shù)。道路表面的摩擦系數(shù)條件和滑移率的依賴如圖2，橫向力對(duì)車輛的影響是重要的。很明顯下滑時(shí)等于一，力等于0，這就能解釋為什么當(dāng)車輪卡住的時(shí)候掌舵能力失去了。車輪和路之間的摩擦力影響系數(shù)有一個(gè)最佳值，其根據(jù)路的類型和最壞的表現(xiàn)發(fā)生在而不同。大

9、部分的制造者用下滑率等于0.2作為一個(gè)調(diào)整點(diǎn)，其對(duì)所有的道路條件是一個(gè)好的折中。這樣的控制問題可以說是一個(gè)設(shè)定點(diǎn)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)PID控制器。圖表3.下個(gè)部分為這閉環(huán)系統(tǒng)描述幾個(gè)PID策略。在40年代初，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，ziegler和Nichols方式大量人手實(shí)驗(yàn)發(fā)明了離線調(diào)諧知名Z-N公式。例如在時(shí)間領(lǐng)域，他取得的PID系數(shù)法直接從一個(gè)穩(wěn)定的三個(gè)重要植物被控制，即廠增益，時(shí)間常數(shù)和運(yùn)輸延遲參數(shù)。這些參數(shù)可以很容易地獲得圖形從工廠開環(huán)階躍響應(yīng)。對(duì)模糊系統(tǒng)的概念，而不是可以用來模仿人類的知識(shí)和在線調(diào)整控制增益Z-N公式。后面的分節(jié)，在這方面表現(xiàn)出以前的作品。它們被用在后面的章節(jié)中作比較。3.1標(biāo)

10、準(zhǔn)和非線性PID控制器有許多類型的PID控制器，例如加上重力補(bǔ)償?shù)腜ID，加上摩擦補(bǔ)償?shù)腜ID，加上擾動(dòng)觀測(cè)的PID等等。這兒，我們將考慮基本形式的PID控制器，它放置在一個(gè)統(tǒng)一的反饋控制系統(tǒng)。一個(gè)典型的PID控制規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)為 （7）這里是可變量，是錯(cuò)誤的系統(tǒng)，是成比例上升的，是微分時(shí)間常數(shù)，是積分時(shí)間常數(shù)。公式（7）能被改寫成 （8）微分收益并且積分收益。 在設(shè)計(jì)和整定一個(gè)PID控制器，P，I和D行動(dòng)要協(xié)調(diào)。這不是一個(gè)簡單的過程，因?yàn)檫@三個(gè)動(dòng)作系數(shù)相互交流，不能簡單地在一個(gè)單獨(dú)調(diào)去耦合方式。利用Z-N整定方法的實(shí)驗(yàn)的過程，可以陳述如下：首先，過程用比例增益來控制。的值慢慢增長直到發(fā)生持續(xù)震蕩

11、。在震蕩時(shí)，指出增益值和周期震蕩值。這個(gè)方法指出在震蕩時(shí)有60%的收益。積分時(shí)間常數(shù)為50%振蕩周期和微分時(shí)間常數(shù)為12.5的振蕩周期。在Z-N的方法是設(shè)計(jì)了離線連續(xù)系統(tǒng)的調(diào)整，也可用于離散情況下的快速采樣時(shí)間。 非線性的PID控制器已經(jīng)廣泛被考慮在文學(xué)上。一類非線性PID控制器可概括如下： (9)那里是一個(gè)非線性函數(shù)的閉環(huán)誤差和延遲取決于過程，可能代表了一個(gè)模糊邏輯系統(tǒng)，在其中輸入是和。它配備的是比例增益誤差和對(duì)當(dāng)前在所載的其他參數(shù)而定。該非線性PID的成效，已討論了Mann等人的線性系統(tǒng)。3.2 模糊自整定一個(gè)參數(shù)由于其簡單，這個(gè)計(jì)劃已被廣泛認(rèn)為是文學(xué)。Hel.S. Z 等的設(shè)計(jì)的方法，包

12、含了使用在線模糊推理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自我調(diào)整的參數(shù)化的參數(shù)通過一個(gè)單一參數(shù)并且使用Ziegler - Nichols公式。在此方法中，三個(gè)PID參數(shù)可以表示為 （10） 這里和分別是極限增益和極限期。的值確定的遞歸公式如下：這里是在一個(gè)在范圍選擇的定值，是模糊推論系統(tǒng)的輸出值。模糊系統(tǒng)已經(jīng)有每兩個(gè)輸入量和七個(gè)輸入量有七個(gè)隸屬函數(shù)。開始設(shè)置等于0.5，它和Z-N公式相協(xié)調(diào)的。關(guān)于方法，然而，該比例系數(shù)的模糊模塊的參數(shù)調(diào)整和是留給用戶，也沒有經(jīng)驗(yàn)法則，給出了這個(gè)任務(wù)。4.1 模糊集點(diǎn)加權(quán)由Visioli提出這種方法包括模糊化設(shè)定點(diǎn)稱重，離開固定的其他三個(gè)參數(shù).用這種方法，控制法描述為這里w是一個(gè)不小

13、于或等于1的定值，并且模糊推論系統(tǒng)的輸出值，其中兩個(gè)輸入值由五個(gè)三角關(guān)系組成，輸出值有九個(gè)輸出三角關(guān)系。模糊規(guī)則根據(jù) Macvicar-Whelan matrix,在表2中介紹。但是該方法不是簡單的算術(shù)運(yùn)算之一，大量用于在線調(diào)整需要。3.4增量模糊專家PID控制 Tzafestas和Papanikolopoulos介紹轉(zhuǎn)型期的一個(gè)縮放比例的三個(gè)控制參數(shù)的值的程序基礎(chǔ)上，系統(tǒng)誤差，其速率。就是說，積分和微分增益的比例的當(dāng)前值增加或通過一個(gè)模糊推理按照下列關(guān)系制度：4 建議的模糊自整定PID控制方案擬議的管制計(jì)劃并沒有對(duì)Z-N的方法，也不依賴于以前的規(guī)則的基礎(chǔ)上，特別是對(duì)一些植物設(shè)計(jì)的。相反，它使用一階TS模糊系統(tǒng)作為調(diào)諧的工具為PID控制模塊。一種改進(jìn)的遺傳算法來優(yōu)化選擇的模糊系統(tǒng)的參數(shù)。一個(gè)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)是：盡量減少停車距離Sx,保持與最快的響應(yīng)沒有/低過沖和接近零穩(wěn)態(tài)誤差第一個(gè)目標(biāo)是一個(gè)關(guān)鍵問題涉及到ABS，而第二個(gè)是任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的共同目標(biāo)。在這項(xiàng)工作中，最優(yōu)的