基于模糊PID控制的跟蹤汽車設計分析

陳煊

摘 要：以MCU為控制器核心，采用模糊PID控制算法設計汽車，可以輕松實現(xiàn)智能跟蹤和避障功能。首先，汽車的紅外光電傳感器檢測道路信息和障礙物，然后將偏移角度和偏移變化率作為兩個輸入量傳輸?shù)侥：齈ID控制器。經過處理后，輸出相應的信號以控制轎廂運動的速度和方向。模糊PID控制策略在智能汽車的跟蹤精度和速度方面具有明顯的優(yōu)勢。

關鍵詞：MCU;跟蹤;智能汽車

1 引言

智能跟蹤車是一種輪式機器人，可以根據(jù)計劃的路徑自動運行。它也是一個集成了環(huán)境感知，分析和判斷，決策和自動駕駛的綜合系統(tǒng)。隨著物流業(yè)的發(fā)展，由智能汽車發(fā)展起來的快遞分揀機器人應運而生，并成為物流業(yè)的熱門搬運工具。例如，在快遞分揀中心，工作人員卸下貨物并將其放在快遞分揀機器人上。其余的處理和分類由機器人獨立完成。它大大提高了快遞分揀和運輸?shù)男?，降低了成本，并提高了分揀的靈活性。它的研究和推廣將對實現(xiàn)自動化物流產生積極而重大的影響。使用簡單的控制模型可能會導致跟蹤車發(fā)生不連貫的運動，例如在轉彎時擺動，從而影響了車速。為了提高轎廂運動的平穩(wěn)性，可以將轎廂前端的萬向輪轉換成轉向器，然后對轉向器的轉向角和速度采用PID閉環(huán)控制。的智能車。由于智能汽車的轉彎也與左右車輪的速度有關，因此該控制方法需要使轉向器的轉向角和左右車輪的速度實時匹配，否則車輪會發(fā)生打滑現(xiàn)象，因此控制困難。根據(jù)跟蹤避障車的工作原理，建立了模糊PID控制模型，實現(xiàn)了智能車的快速，精確的跟蹤控制。

2 系統(tǒng)設計

IAP15F2K61S2單片機用作智能汽車的核心控制器。主要模塊包括電源模塊，電機驅動模塊，停車檢測模塊，跟蹤模塊和避障模塊。電源模塊為其他每個模塊供電。電機驅動模塊可以驅動電機運行，左電機與右電機的差速用于實現(xiàn)智能汽車的轉向。停車檢測模塊用于檢測終點是否到達以及起點是否返回。跟蹤檢測模塊可以檢測路面信息，并將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，經過單片機處理分析后進行相應的處理，使智能汽車可以沿著預定路徑行駛。避障模塊用于檢測運動路徑前面是否存在障礙。如果MCU收到障礙物的信息，它將向汽車發(fā)送停車命令。由于汽車主要使用模糊PID算法來規(guī)劃路線，并且簡單地實現(xiàn)了跟蹤分類機器人的跟蹤和避障功能，因此在此主要介紹跟蹤模塊的工作原理。跟蹤模塊用于實時檢測路面信息。該模塊使用TCRT5000紅外反射傳感器進行檢測。電位器調整精度后，有效檢測距離可達2.5cm，工作電壓為3.3V-5V，在電源模塊的供電范圍內，可以直接從微控制器獲取電源。傳感器的紅外發(fā)光二極管連續(xù)發(fā)射紅外線。當檢測到黑色導線時，紅外接收管無法接收到反射的紅外線，二極管處于關閉狀態(tài)，模塊的輸出為高，指示燈熄滅;當黑線不在檢測范圍內時，紅外接收管接收到反射的紅外光，二極管處于導通狀態(tài)，模塊輸出低電平，指示燈亮。在汽車的前端，五個跟蹤傳感器用作前視視圖，并以大約1cm的距離排列成一條線。輸出端口OUT從左到右連接到單個芯片的IO端口P0.4，P0.5，P0.6，P0.7，P1.0。如果傳感器檢測到黑線，則輸出高電平，否則輸出低電平。從左到右依次命名五個傳感器。中間的3號傳感器輸出高電平時，其余傳感器輸出低電平，表示汽車沿著黑色指導線行駛，然后繼續(xù)直行。如果1號和2號傳感器之一檢測到黑線，表明汽車在向右行駛，則執(zhí)行左轉彎。如果第4個和第5個傳感器中的傳感器輸出高電平，指示汽車向左行駛，請執(zhí)行右轉。在跟蹤過程中，如果避障傳感器輸出的低電平表示前方有障礙物，則MCU會執(zhí)行停止等待命令，直到障礙檢測傳感器的輸出電平高為止，然后繼續(xù)跟蹤過程。

3 控制結構與算法

模糊PID可以根據(jù)PID控制器的三個參數(shù)P，I和D與偏移角E和偏移角的變化率EC之間的模糊關系連續(xù)檢測E和EC。然后，根據(jù)預先確定的關系和模糊推理方法，實時修改PID控制器的三個參數(shù)，并根據(jù)傳感器信號對PID參數(shù)進行自整定，使輸出參數(shù)值較小。周期中的變化范圍。它有效地解決了輸出值突然變化或偏差變化的問題，具有很強的適應性，可以有效地解決一些非線性問題。使用模糊PID控制算法，無需建立精確的數(shù)學模型就可以有效地設置PID控制器的參數(shù)。將汽車的中心點的直線和第3個的紅外傳感器點設置為L線。轎廂與引導線之間的位置偏差可以由直線L與引導線之間的角度α表示，直線L的左側之間的角度為負，右側為正。

4 測試分析

在對該程序進行安裝和基本調試之后，將使用軌道對智能汽車進行測試。該軌道由兩條長度分別為100cm和124cm的直線軌道和一條半徑為50cm的弧形軌道組成。編碼器測量的速度和光電傳感器采樣的縱向角度偏差由無線藍牙設備上傳到主機。采用模糊PID控制模型的汽車可以快速轉彎，運動平穩(wěn)連貫，跟蹤運動更準確。進一步改善汽車的跟蹤性能的措施如下。如果在汽車前部安裝更多的紅外光電傳感器或其他模擬位置傳感器將使檢測到的軌道位置偏差更加準確，則轉角PID控制器的輸出波動也將得到改善，從而可以使轉向系統(tǒng)轉向。車子比較穩(wěn)定。

5 結論

通過對汽車速度采用模糊PID閉環(huán)控制，可以實現(xiàn)汽車在直行道路上的快速加速和在彎道上汽車的減速，從而達到良好的速度控制效果。同時，汽車還增加了紅外避障傳感器，使汽車的道路信息檢測能力也大大提高。在未來的設計過程中，可以適當選擇更多性能良好的傳感器，并可以改進MCU控制算法，從而提高穩(wěn)定性，可靠性和快速通過跑道的能力。

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