PID汽车自适应巡航控制系统设计

1、-范文最新推荐- PID汽车自适应巡航控制系统设计 摘要汽车巡航控制系统已经广泛配备于各型汽车，但在实际应用中，还存在适用范围小，控制效果差等缺点。本文提出了一个基于自适应控制技术的汽车巡航控制系统，有效解决了上述问题。本文参考了国内外诸多汽车自适应巡航控制系统的研究成果，选择了模糊自整定PID算法实现自适应巡航控制，并对防撞报警算法提出了改进，增强了安全性。本对汽车自适应巡航控制系统进行了软硬件设计，硬件设计包括电控单元、传感器、执行机构、操纵杆和人机界面，并设计了系统的总体电路。软件方面，根据系统功能，设计了系统主程序流程图，还做出了直流电机PWM控制程序流程图和AD转换程序流程图。126

2、36关键词自适应巡航控制模糊自整定PID算法防撞报警算法毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleDesign Of Automobile Adaptive Cruise Control SystemAbstractThe cruise control system has been widely equipped on many cars, while many problems exist in the application like the applicable area is small and the control effect is poor. This paper presen

3、ts a cruise control system based on adaptive control technology solving the problems effectively.This paper refer to many domestic and foreign researches on automotive adaptive cruise control system, chosen fuzzy auto-tuning PID algorithms to accomplish adaptive cruise control, and the collision war

4、ning algorithms has been improved enhancing driving safety. This paper designed system hardware and software. Hardware design includes the electronic control unit, the sensors, the executive apparatus, a joystick, the man-machine interface and the design of overall circuit. The software, according t

5、o the system functionality, includes the design of main program flow chart, the PWM control program flow chart and the A/D conversion process flow chart. 6.3PIC16F873单片机的A/D转换程序346.4汽车自适应巡航控制系统主程序流程图35结论38致谢39参 考 文 献401绪论1.1 汽车巡航控制系统的研究目的及意义汽车巡航控制系统（CCS）功能是在驾驶员无需操作油门踏板的情况下，根据汽车行驶阻力的变化，自动控制节气门开度，实现汽车

6、定速行驶。汽车自适应巡航控制（ACC）系统，将巡航控制系统与防碰撞技术结合起来，是智能运输系统（ITS）究中的一个重要方面。自适应巡航控制系统采用自适应控制算法，通过自动控制节气门开度和制动强度使车辆行驶在设定好的巡航速度或是保持自车与前车的距离在安全距离附近，从而在保证安全性的前提下提高了道路通行能力并大大减轻驾驶员在公路上驾驶时的劳动强度，让驾驶员从频繁的加、减速中解脱出来，提高驾驶舒适性1,2。据美国数据统计，汽车自适应巡航控制系统可控制汽车行驶高速公路全里程的62%且较好地适应在城市主干道上的复杂车况，适用范围大。此外，自适应巡航控制系统结合了防碰撞技术，增强汽车的主动安全；减少了不必

7、要的车速变化，提高发动机的使用效率，节能环保。随着研究深入，自适应巡航控制技术将不断完善，与其他车载电子设备协同工作，使汽车性能得到巨大提升。同时，研究汽车自适应巡航控制系统使得人们向制造出未来智能汽车迈进一步。汽车搭载电子产品的比例逐年增加，汽车巡航控制系统是未来车用电子系统的重要组成部分，如同车轮防抱死系统（ABS），起初只在中高档车型上安装，而现在已经装备到许多国产中低档车型上，汽车巡航控制系统也将得到普及。汽车电子产品的技术增值率高，能给社会创造巨大的经济效益，汽车电子产业的发展，可为社会提供更多的就业机会。如果能够开发出具有自主知识产权的国产巡航控制系统能带来巨大的经济效益和社会效益

8、3。 2 汽车自适应巡航控制系统的原理自适应控制可简单地定义为：在系统工作过程中，系统本身能不断检测系统参数或运行指标，根据参数的变化或运行指标的变化，自动改变控制参数或改变控制作用，使系统运行于最优或接近于最优工作状态。自适应控制也是一种反馈控制，但它不是一般的系统状态反馈或系统控制输出反馈，而是一种比较复杂的反馈控制9。自适应巡航控制的种类很多，自校正控制和模型参考自适应控制是自适应控制的基本模式，其他形式的自适应控制主要有混合自适应控制、非线性控制对象的自适应控制、对象具有未建模动态的自适应控制、模糊自适应控制和变结构自适应控制等8。汽车自适应巡航控制系统的原理框图如图2.1所示。控制器

9、即自适应巡航控制系统的CPU。CPU根据驾驶员的控制指令计算出需要的节气门开度和制动强度，执行机构根据CPU的控制指令改变节气门开度和制动强度，传感器将行车状况反馈给CPU。汽车自适应巡航控制系统有定速模式和跟随模式两种工作模式，当外界条件变化时，CPU根据控制算法自动改变系统控制参数或改变工作模式，使系统实现自适应巡航控制。CPU实时监测车距车速信息并根据防撞报警算法通过人机界面对驾驶员进行提示与报警。图2.12.1 汽车自适应巡航控制系统算法确定目前，PID方法，最优控制理论，模糊理论，滑模理论，神经网络理论以及模型匹配等都被应用于汽车自适应巡航控制系统控制技术的研究。上述各种控制方法基本

10、都可以满足自适应巡航控制系统的控制目的，但各自有其优缺点，实际设计中，往往根据系统需要强化的某些性能指标而选择适宜的控制理论与方法10。PID方法技术成熟，易被人们熟悉和掌握且不需要建立数学模型，控制精度高，有一定鲁棒性，在实际工程中有广泛应用。但是PID方法的积分环节在强扰动作用下或阶跃变化时，超调大；积分和微分环节在控制偏差过大时，比例和微分饱和会使控制量超出实际范围，超出部分将不被执行，影响系统的动态性能。模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法，作为智能控制的一个重要分支，在控制领域获得了广泛应用，模糊控制不需要精确的被控对象的数学模型，控制方法简单

11、，实现成本低廉，鲁棒性好，能够较大范围的适应参数变化，与传统PID 控制相比，动态响应品质优良，但静态性能较差。实际的行车系统是有大扰动、时滞、时变的系统，如果将PID控制与模糊控制结合，利用模糊规则调整PID 参数的大小，可满足实时控制的要求，使自适应控制达到理想的效果10,11,12。 微分环节—根据偏差量的变化趋势调节系统控制量，在偏差信号发生较大的变化以前，提前引入一个早期的校正信号，取到加快系统动作速度,减少调节时间的作用。由于CPU控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差计算控制量，所以不能直接使用式中积分和微分，必须对它们进行离散化处理。数字PID算法常用的有位置

12、式控制算法和增量式控制算法。由于在自适应巡航控制中会发生控制模式切换，如果采用位置式PID控制，在控制模式变化时，控制量的输出也会发生较大的变化，使车辆行驶产生抖动。增量式控制由于CPU输出增量，所以误操作影响小，可靠性较高。基于以上两点原因，本设计采用增量式PID控制。增量式PID算法是指控制信号只决定执行机构位置的改变量。根据模拟PID控制算法的算式，以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以矩形法数值积分来代替连续积分，以增量代替微分，则产生以下三式，即：t=kT(k=0、1、2、3….)(2.3)(2.4)(2.5)式中，T是采样周期，为了书写简便把e(kT)简化为e(k)。将以上三式带入式2.1，可得差分方程：(2.6)式中，k—采样序列号，k=0,1,2,3….；e(k)—第k个采样周期的计算机输出值；e(k-1)——第(k-