基于模糊PID的汽车巡航控制系统设计

题目：基于模糊PID的汽车巡航控制系统设计基于模糊PID的汽车巡航控制系统设计摘要汽车巡航控制系统是一种辅助驾驶系统，它不仅能减轻驾驶员的负担，还能提高驾驶舒适性。汽车巡航控制系统具有非线性和时变的不确定性，并且受到外部干扰和复杂工况的影响。介绍了一种基于模糊PID控制算法的汽车巡航控制系统。本文对巡航控制系统进行了简要分析，采用模糊PID控制方法作为其控制方案，完善和优化了现有的PID控制，并设计了系统的模糊控制器。以汽车为对象，分析了汽车行驶过程中的驱动力以及各种阻力和干扰力，建立了汽车纵向动力学模型。利用MATLAB建立了系统的仿真模型，利用MATLAB软件中的模糊逻辑工具箱对系统的设计进行了仿真，验证了系统设计的可行性，并对汽车巡航控制系统进行了仿真分析。从仿真结果可以看出，模糊PID控制方法能够减小超调量，加快反应速度，取得良好的控制效果。这是一种适用于汽车巡航控制系统的控制方法。关键词：恒速巡航控制系统；MATLAB模糊PID；模拟基于模糊PID的汽车巡航控制系统控制器设计摘要汽车巡航控制系统是一种辅助驾驶系统，它不仅能减轻驾驶员的负担，还能使驾驶舒适，巡航控制系统具有高度的非线性和随时间变化的不确定性。本文介绍了一种基于模糊PID控制的可控串补系统，它受外部负载扰动和复杂运行方式等因素的影响。通过对巡航控制系统的简要分析，确定了模糊PID作为系统的控制方法，对PID控制进行了改进和优化。然后设计了模糊PID控制器，以汽车为对象，分析了汽车行驶过程中的阻力和干扰，给出了汽车的动力学模型，利用MATLAB建立模型后，利用MATLAB软件中的模糊逻辑工具箱对系统进行了仿真，验证了系统设计的可行性，并对结果进行了分析，从结果可以看出模糊PID控制可以使超调量更小，响应时间更短，给出了模糊PID控制的效果。因此，这是一种适用于连续冷却系统的方法。关键词：巡航控制系统；MATLAB模糊PID模拟目录导言11.1主题1的含义1.2车辆巡航控制系统的开发11.3研究的主要内容22巡航控制系统的介绍和工作原理42.1巡航控制系统简介2.2车辆巡航控制的原理53模糊控制器的设计63.1模糊控制的特征63.2模糊控制器的设计步骤63.2.1定义输入语言变量63.4.2定义输出语言变量73.2.3提出模糊控制规则83.2.4规则表8的建立3.3模糊PID控制系统的设计94巡航系统的建模与仿真64.1 Simulink简介114.2模糊逻辑模拟工具箱简介114.3模拟模型11的建立4.3.1车辆动态模拟模型11的建立4.3.2建立PID控制器仿真模型134.3.3使用模糊逻辑工具箱建立模糊控制器144.3.4巡航系统模拟模型145模拟结果和分析19结论22参考文献24致谢25介绍1.1项目的重要性随着汽车工业和公路运输业的发展，汽车将进入千家万户，驾驶员的非职业特征将更加突出，汽车驾驶自动化已成为汽车发展的主要趋势。进入21世纪，人们需要更舒适、简单和安全的交通工具来适应快速的生活节奏。因此，对智能车辆的需求更加迫切。随着计算机和电子技术的不断发展，性价比不断提高，为车辆自动化提供了坚实的物质基础。智能车辆的实现不再是梦想13。自动变速器及其控制技术是智能车辆的重要内容。它是汽车辅助驱动系统和自动驱动系统的基础，是我国智能汽车发展中必须解决的核心技术之一。此外，随着我国公路网建设的快速扩张，自动巡航控制也有着广泛的发展和应用前景。随着科学技术的发展，相应的电子技术在汽车上的应用越来越广泛，汽车的电子化程度也越来越高。特别是微控制器给汽车的发展带来了划时代的变化，汽车的动力性、运行稳定性、安全性、燃油经济性和环保性都得到了极大的提高。在大陆国家，驾驶长途汽车的机会更多，在高速公路上行驶时，速度变化的频率和范围更小，可以以相对稳定的速度行驶48。巡航控制系统是汽车电子技术中的新设备之一。它实际上是一个辅助驱动系统。采用本发明的汽车巡航控制系统，当车辆在高速公路上长时间行驶时，驾驶员不需要控制油门踏板。这减轻了驾驶员的负担，从而减少或避免了交通事故，减少了不必要的速度变化，使汽车的燃油供给与发动机处于最佳匹配状态，从而可以最大限度地节约燃油，减少排气污染，提高发动机的使用效率。采用巡航控制系统是提高汽车动态性能和乘坐舒适性的主要方法之一8。1.2车辆巡航控制系统的开发国内外汽车巡航控制系统的研发起步很早，其发展过程主要经历了三个阶段：第一阶段是从20世纪60年代到70年代中期。早期的汽车巡航控制系统主要是机械和气动机械巡航控制系统。自1965年以来，日本丰田公司一直在汽车上安装机械巡航控制系统。德国VDO公司也开发了气动机械巡航控制系统。1968年，德国梅赛德斯-奔驰公司开发了一种晶体管控制的巡航控制系统，并安装在莫克利汽车上。在此期间，美国和日本相继开发了基于模拟电路的巡航控制系统。第二阶段是从70年代中后期到80年代中后期的基于数字信号的控制系统。随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路和单片机的应用，一种基于数字技术的巡航控制系统应运而生。例如，1974年，美国卢卡斯汽车研究中心利用卫星雷达开发了一个完美的数字速度和距离控制系统，该系统能够更好地适应路况的变化。日本日野公司在1985年推出了基于燃油经济性的车速控制系统。其控制部分的核心是微处理器。摩托罗拉还开发了一种由微处理器控制的巡航控制系统。该系统的所有输入命令都直接以数字形式存储和处理。微处理器根据指令车速、实际车速等输入信号，按照给定的程序完成所有的数据处理，并产生步进电机的驱动信号输出来改变节气门开度。每种车型的最佳加速和减速由程序员决定。从安全角度来看，制动开关直接与节气门致动器连接，从而当踩下制动踏板时，致动器的电源断开，同时巡航控制系统断开，从而节气门从巡航控制系统的控制中快速脱离。与模拟技术相比，分散字系统的突出特点是系统的信号量用数字表示，受工作温度和湿度的影响较小，因此数字控制系统具有较高的稳定性。对于汽车巡航控制系统，先进的大规模或超大规模集成电路技术可以用来制造特殊模块，或者可以在微处理器上编程。当车上的其他系统已经有控制微处理器时，只要修改程序，就可以增加这个功能，从而节省昂贵的硬件费用。第三阶段始于20世纪90年代，国外开始发展以智能为核心的自动巡航控制系统和以恒定距离控制为主的自适应巡航控制系统。1990年，美国卢卡斯公司开发了自动恒速智能控制系统。该系统使用连续调频雷达探测前方车辆和车辆之间的距离。处理单元计算相对速度和距离，并将信息提供给电子控制单元。执行器控制节流阀来控制速度。之后，公司对暴露的问题进行了改进。捷豹安装了新的自动恒速控制系统，并改进了控制油门和刹车的执行器。微波雷达安装在前保险杠上，微波探测信号通过塑料牌照传输。近年来，国内外许多专家正在研究自适应巡航控制系统。该巡航控制系统主要由测速装置、转向角传感器、车速传感器、制动电子控制单元和发动机电子控制单元组成。当道路状况良好时，该系统是一个普通的巡航控制系统，能够以设定的速度巡航。当与另一辆车的距离很近且相对速度很高时，巡航控制系统控制制动器减速。正常情况下，原始车速将自动恢复。如果前方车辆减速，ACCS将操纵制动器保持一定距离，从而避免追尾碰撞。国内外许多专家已经开始研究半自主巡航控制系统。该巡航控制系统可快速应用于公共道路，并能保持手动控制和自适应巡航控制系统的共存。理论结果表明，该控制系统具有较高的控制精度。综合运用仿真、分析和实验的结果，对手动驾驶和汽车自适应控制系统进行了比较。从获得的数据和信息可以知道，带有巡航控制系统的汽车可以为驾驶员提供重要的辅助功能和主动安全技术，以保证驾驶安全28。1.3研究的主要内容(1)查阅相关资料，熟悉车辆巡航控制系统的功能、结构、工作原理、特点和控制方法。(2)学习模糊控制理论和方法。(3)设计了汽车巡航控制系统控制器，建立了基于Matlab/simulink的控制系统模型。对车辆巡航控制系统进行仿真。(4)验证车辆巡航控制系统控制器的控制结果。巡航控制系统简介及工作原理2.1巡航控制系统介绍汽车巡航控制系统根据其特点又称为巡航驱动装置、速度控制系统和自动驾驶系统。目前，汽车巡航控制系统分为两类：巡航控制和自适应巡航控制。后者是前者的延伸和延伸。汽车巡航控制系统是最早开发的电子控制系统之一。其功能是在按下驾驶员要求的速度开关后，自动保持车速，而不踩下油门踏板，使车辆能以固定的速度行驶。在驾驶汽车的过程中，驾驶员只需要握住方向盘。巡航控制期间。随着道路坡度的变化和汽车行驶中可能遇到的阻力，汽车根据存储在微型计算机中的最佳燃油经济性规则或动态规则，自动改变节气门开度或换挡以稳定行驶。巡航控制系统在飞机上的应用显示了其无可比拟的优势。它在20世纪50年代后期开始用于汽车。很快就受到青睐。目前，它已在美国、日本、德国、法国和意大利等主要汽车国家迅速发展和普及。特别是近年来，世界各国高速公路里程不断增加，这扩大了汽车巡航控制系统施展才华的范围。汽车巡航控制系统在大陆国家更有价值。车辆巡航控制系统通常配备有基本功能和故障安全功能4。1.基本功能(1)车速设定功能：当车辆在高速公路上行驶时，如果路面质量好，没有车流、车流分离和反向行驶，并且适合长时间稳定运行，驾驶员可以通过巡航系统设定稳定的行驶速度，这样车辆就可以一直以该速度稳定行驶，而无需控制节气门和换档。(2)恢复功能：在驾驶员正确处理情况后，在根据道路交通情况判断车辆能够稳定行驶之后，驾驶员能够根据最后设定的速度自动以恒定速度行驶，并且驾驶员还能够重置巡航速度。(3)取消功能：当您踩下制动踏板或按下“取消”键时，您将立即退出巡航状态。但是，如果行驶速度大于最小设定速度，退出前设定的速度将继续保存，以便巡航控制系统随时调用。(4)加速和减速功能当：车辆处于巡航行驶状态时，可以加速和减速设定的车速以改变其巡航速度。2.过失保险功能(1)低速自动取消功能：当车速低于低速极限巡航控制时，存储的车速消失且不能恢复。(2