【正文】 PID控制系統(tǒng)的設計速度誤差絕對值|E|和速度誤差變化率絕對值|EC|加到模糊控制器的輸入端，模糊化過程將其轉(zhuǎn)化對應論域上的模糊集合，根據(jù)模糊推理規(guī)則推導出模糊輸出量，最后經(jīng)過解模糊過程輸出精確的控制量Kp、Ti和Td，它們的值被歸一化到0~1之間。所以在設計汽車巡航控制系統(tǒng)的模糊規(guī)則時就要考慮到：當車速誤差較小時，應減弱積分環(huán)節(jié)的作用、加大比例環(huán)節(jié)的作用，允許系統(tǒng)有一定的誤差。 模糊控制器的設計 定義輸入語言變量將巡航控制系統(tǒng)的速度誤差絕對值|E|和速度誤差變化率絕對值|EC|作為模糊控制器的輸入語言變量。而微分部分則起預估作用。4. 模糊PID控制系統(tǒng)的設計 傳統(tǒng)PID控制在巡航控制中的運用PID控制，即比例—積分—微分控制，根據(jù)實際車速與設定車速的偏差，考慮過去、現(xiàn)在、將來的情況，實現(xiàn)汽車不變參數(shù)的巡航控制。3) 模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則庫，更接近人的思維方法和推理習慣。在新的控制理論的支持下，模糊控制受到了人們普遍的重視，發(fā)展迅速。人們注意到對于很多復雜的、多因素影響的生產(chǎn)過程，即使不知道該過程的數(shù)學模型，有經(jīng)驗的操作人員也能夠根據(jù)長期的實踐觀察和操作經(jīng)驗進行有效的控制，而采用傳統(tǒng)的自動控制方法效果并不理想。4) 減少磨損延長壽命。2) 提高了汽車行駛的安全性。[26] 汽車巡航控制原理圖Figure Schematic of Cruise ControlCCS ECU的信號有2個，一是駕駛員根據(jù)行駛條件，通過巡航開關(guān)設定的巡航車速信號；二是車速傳感器輸入的實際車速反饋信號。由于進氣室負壓的作用，單向閥A通常保持打開，向執(zhí)行器提供負壓；當進氣室負壓低時，ECU發(fā)出信號接通真空泵，負壓由單向閥B提供給執(zhí)行器?？刂崎y將來自釋放閥的大氣引入執(zhí)行器，使節(jié)氣門關(guān)閉，降低初速，以確保安全。 (b) Electromagnetic coil is not energized(2) 釋放閥。當電磁線圈通電時，大氣壓狀態(tài)下的空氣通道關(guān)閉，進氣歧管的真空通道打開，在執(zhí)行器內(nèi)部產(chǎn)生一負壓，由于吸力大于回位彈簧彈力，膜片向左移動，使節(jié)氣門開大，車速升高。真空驅(qū)動型執(zhí)行器主要由控制閥、釋放閥、電磁線圈、膜片、回位彈簧和空氣濾清器組成。 CCS ECU組成框圖Figure Block diagram of CCS ECU 執(zhí)行器執(zhí)行器將ECU輸出的電流或電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械運動，進而控制節(jié)氣門的開度，最終達到控制車速的目的。2) TPSTPS對CCS ECU提供一個與節(jié)氣門位置成正比的電信號。踩下制動踏板時，兩個開關(guān)同時工作。(3) 離合器開關(guān)。當拉起駐車制動操縱桿時，駐車制動開關(guān)接通，將取消信號傳至CCS ECU。任一開關(guān)接通時，自動取消巡航控制。每次推入，系統(tǒng)電源接通或關(guān)閉。最后利用MATLAB軟件對所設計的模糊PID控制系統(tǒng)進行仿真，觀察改進后系統(tǒng)對車速控制的效果。 系統(tǒng)概述ECU接受駕駛員控制開關(guān)信息和各鐘傳感器信號，通過運算處理，其輸出信號經(jīng)過補償電路，執(zhí)行部件，發(fā)動機和變速器后就可以變換驅(qū)動力?！娟P(guān) 鍵 詞】：汽車巡航控制系統(tǒng) 模糊控制 MATLAB 仿真1. 前言 選題意義巡航控制系統(tǒng)(CRUISE CONTROL SYSTEM，縮寫為CCS)。有助于提高巡航控制的效果，減少車速變化，最大限度節(jié)省燃料，降低排氣污染，提高發(fā)動機的使用效率，改善汽車動力性和乘坐舒適性。汽車駕駛的舒適性和動力性，以及節(jié)能環(huán)保等方面的問題也成為了人們關(guān)注的焦點。作為一種安全性輔助駕駛系統(tǒng)，汽車巡航控制系統(tǒng)對于解決上述幾個汽車工程領域問題有著積極的作用。最后利用MATLAB軟件中的模糊邏輯工具箱對系統(tǒng)的設計進行仿真，驗證系統(tǒng)設計的可行性，觀察模糊控制的效果，并對部分基礎電路進行設計。在巡航控制期間，隨著道路坡度的變化以及汽車行駛阻力變化，車輛自動變換節(jié)氣門開度或自動進行檔位轉(zhuǎn)換，按照存儲在微機內(nèi)的最佳燃料經(jīng)濟性規(guī)律或動力性規(guī)律穩(wěn)定行駛。CCS ECU由專用的單片機和專用的IC等模塊構(gòu)成，單片機完成車速運算、記憶、比較、補償、保持和故障診斷等信息的處理，專用的IC模塊具有處理計算機的再啟動、輸入、輸出與電源通斷和自診斷等功能[1]。2. 汽車巡航控制系統(tǒng)的組成與工作原理CCS由信號輸入裝置、CCS ECU和執(zhí)行器等組成。2) 控制開關(guān)手柄式控制開關(guān)有5種控制功能，即SET(設置)、COAST(減速)、RES(恢復)、ACC(加速)和CANCEL(取消)。當CCS取消的瞬間的車速不低于40 km/h時，該車速存儲于CCS ECU中。同時駐車制動指示燈亮。當踩下離合器踏板時，離合器開關(guān)接通，將取消信號傳至CCS ECU。開關(guān)A閉合，電流經(jīng)其流過停車燈開關(guān)，使停車燈亮。3) 節(jié)氣門控制搖臂傳感器節(jié)氣門控制搖臂傳感器對CCS ECU提供節(jié)氣門控制搖臂位置信號，目前采用較多的是滑線電位計式，當節(jié)氣門控制搖臂轉(zhuǎn)動時，電位計隨之轉(zhuǎn)動，便輸出一個與控制搖臂位置成正比例且連續(xù)變化的電信號。目前使用的執(zhí)行器有兩種類型，一種是真空驅(qū)動型，由負壓操縱節(jié)氣門；另一種是電動機驅(qū)動型，由電動機操縱節(jié)氣門。(a) (b) 真空驅(qū)動型執(zhí)行器控制方法(a)僅從發(fā)動機進氣歧管施加負壓；(b)用真空泵提高負壓Figure Vacuumdriven actuator control methods(a) Exert negative pressure from the intake manifold。當電磁線圈不通電時，大氣壓狀態(tài)下的空氣充滿控制閥，回位彈簧將膜片推回，節(jié)氣門關(guān)小，車速降低。用于取消巡航控制時，使大氣壓狀態(tài)下的空氣進入執(zhí)行器，以便在較短時間內(nèi)關(guān)閉節(jié)氣門。(a) (b)(a)結(jié)構(gòu)；(b)工作特性Figure release valve(a) Structure。(a) (b)(a)結(jié)構(gòu)；(b)工作原理Figure Vacuum Pump(a) Structure。當巡航設定車速信號和實際車速反饋信號輸入CCS ECU后，CCS ECU經(jīng)過比較運算可得速度偏差變化E和偏差變化率EC，經(jīng)過處理后，再結(jié)合當前節(jié)氣門的開度信號，可得到控制節(jié)氣門開度大小的控制信號，CCS ECU將控制指令發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)就可驅(qū)動節(jié)氣門拉索調(diào)節(jié)發(fā)動機節(jié)氣門開度的大小，將實際車速迅速調(diào)節(jié)到駕駛員設定的車速值，從而實現(xiàn)恒速控制。巡航控制系統(tǒng)實現(xiàn)了自動駕駛，尤其是在上坡，下坡或平路行駛，司機只要掌握好轉(zhuǎn)向盤，不用踩加速踏板和換檔就能等速穩(wěn)定運行，減輕司機勞動強度，可使精力集中確保行車安全。穩(wěn)定恒速行駛使額外慣性力減少，所以機件磨損少使壽命增加，故障減少。人的經(jīng)驗參與控制過程的成功，激發(fā)了人們對控制原理的深入研究。這樣的控制系統(tǒng)避免了那種精密、反復、有錯誤傾向的模型建造過程，又避免了精密地估計模型方程中各參數(shù)的過程。4) 模糊控制與計算機密切相關(guān)。在汽車行駛過程中，駕駛員設定一個車速給控制器，同時車速傳感器測得的實際車速也輸入控制器，產(chǎn)生實際車速和設定車速的偏差設為。當0 ，表示偏差在加大，就及時增加控制量，使減小；當0，表示偏差在減小，則減小控制量，以避免當趨近于零時又反方向發(fā)展而引起震蕩。[5]它們的變化范圍定義為模糊集上的域論：|E|={0，1，2，3，4，5}|EC|={0，1，2，3，4，5}它們的模糊子集為： |E|={零(Z)，小(S)，中(M)，大(B)} |EC|={零(Z)，小(S)，中(M)，大(B)}： 輸入語言變量隸屬函數(shù)Figure Membership function of input linguistic variables 定義輸出語言變量定義3個輸出語言變量：(1) Kp′比例系數(shù)修正參數(shù) (2) Ti′ 積分系數(shù)修正參數(shù) (3) Td′微分系數(shù)修正參數(shù)并分別定義它們的模糊子集為： Kp′={零(Z)，小(S)，中(M)，大(B)} Ti′ ={零(Z)，小(S)，中(M)，大(B)} Td′={零(Z)，小(S)，中(M)，大(B)}： 輸出語言變量隸屬函數(shù)Figure The output linguistic variable membership functions 提出模糊控制規(guī)則從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面考慮提出以下三條控制規(guī)則：(1) 當|E|較大時，系統(tǒng)響應具有較快的響應速度，應取較大的Kp；為防止出現(xiàn)較大的超調(diào)，避免開始時|E|的瞬間變大可能引起的微分過飽和，則應取較大的Ti和較小的Td；(2) 當|E|和|EC|處于中等大時，為了使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)，應取較小的Kp；為了避免對動態(tài)穩(wěn)定性造成影響，應取適中的Ti；由于此時的調(diào)節(jié)特性對Td 的變化敏感，因此Td 應取得大一些；(3) 當|E|較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)性能，減小系統(tǒng)靜態(tài)誤差，增加系統(tǒng)對擾動的抑制能力，應增大Kp，減小Ti和Td。 規(guī)則表的建立自此模糊控制器有兩個輸入語言變量|E|和|EC|，三個輸出語言變量Kp′、Ti′和Td′，歸納出的模糊控制規(guī)則如表4表4表43所示。在實際PID控制器的應