【正文】 (PID)控制。這種控制方式的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以不用被控對象的模型參數(shù)，直接根據(jù)輸出的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是當(dāng)被控對象比較復(fù)雜時，便難以取得滿意的控制效果。采用該理論進(jìn)行控制時，需要提供準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。 一個控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)鍵在于它能否對被控對象提供精確的控制。由于被控對象和過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強(qiáng)烈耦合、隨機(jī)干擾、被控過程的機(jī)理錯綜復(fù)雜等，很難建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只能測得其參數(shù)間的模糊關(guān)系的估計。對于上述難以控制的工業(yè)生產(chǎn)過程，有時一個有實踐經(jīng)驗的操作人員，手動操作效果卻很好。模糊控制與傳統(tǒng)的控制方式相比，具有以下特點：1．在設(shè)計系統(tǒng)時不需要建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。2．對被控對象特性參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的魯棒性。4．為“語言型”控制，由工業(yè)過程的定性認(rèn)識出發(fā)，較容易建立語言變量控制規(guī)則，易于形成知識庫。6．控制效果好，且所需設(shè)備簡單，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文設(shè)計的基于模糊控制的汽車智能雨刮系統(tǒng)是采用自行研制的紅外線雨滴傳感器感應(yīng)落在風(fēng)擋玻璃上雨滴的大小，使雨刮器自動工作在低速狀態(tài)或高速狀態(tài)。傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，應(yīng)用很廣泛，但也存在一些不足。隨著模糊控制技術(shù)的成熟,汽車的許多裝置也越來越多地使用了模糊控制技術(shù),如剎車裝置、變速控制等。模糊控制對那些難以獲得數(shù)學(xué)模型或模型非常粗糙的工業(yè)系統(tǒng)有獨(dú)特優(yōu)勢。本文設(shè)計的基于模糊控制的汽車智能雨刷系統(tǒng)，用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器，能明顯改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，控制效果良好。我們用單片機(jī)來控制整個系統(tǒng)，當(dāng)80C51的INT1口檢測到紅外線雨滴傳感器的信號時，即有雨滴落在風(fēng)擋玻璃上，按脈沖個數(shù)對轉(zhuǎn)速的分配，兩個雨刮就分別左右擺動。由于生產(chǎn)工藝的問題，兩個雨刮電機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能完全一樣，就會存在兩個雨刮擺動不同步的問題。雨刮每運(yùn)行一個周期檢測一次，哪個先到復(fù)位位置就對哪個斬波，直到兩個雨刮無論在低速狀態(tài)還是高速狀態(tài)，都達(dá)到同步擺動。本設(shè)計中把誤差變量的模糊子集論域定為[6 6],誤差變化的模糊子集論域也定為[6 6],PWM占空比增量的模糊子集論域為[ 7 7], 在進(jìn)行輸入變量模糊化時，時間偏差e在其論域上定義7個模糊集隸屬度函數(shù)，相應(yīng)的語言變量為負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(O)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)，其隸屬度函數(shù)為三角形。輸出變量PWM占空比增量δ在其論域上定義7個模糊集隸屬度函數(shù)，相應(yīng)的語言變量為負(fù)大(NB)、負(fù)中(NM)、負(fù)小(NS)、零(O)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)，其隸屬度函數(shù)為三角形。根據(jù)人的直覺思維推理,由系統(tǒng)輸出的誤差及誤差變化率來消除系統(tǒng)誤差的模糊規(guī)則可以用35條if—then模糊條件語句來描述。如果此時EC為值時,則說明誤差較大且還有加大的趨勢,則應(yīng)該設(shè)置控制量U為PB。若EC為NM、NB,則說明誤差有較快的減小趨勢,則應(yīng)該加更小的控制量U,甚至可以不加,如設(shè)置U為0。通常情況下，模糊控制器一旦完成，語言規(guī)則和模糊推理就確定了。 本設(shè)計中，經(jīng)過Matlab仿真多次的調(diào)試，選定Ke=，Kec=，Ku=，可得模糊控制器的誤差范圍是[800,800]ms,誤差變化的實際范圍是[1500，1500]ms，Pwm占空比的增量范圍是[%,%]。雨刮器從一端擺到另一端需要半個周期，為25ms，所以誤差范圍最大為[25，25]ms，誤差變化的最大范圍是[50，50]ms，Pwm增量范圍是[%,%],所以說明此量化因子和比例因子選擇恰當(dāng)，可以完全反應(yīng)本設(shè)計的控制規(guī)律。它是一種以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單元的程序設(shè)計語言，提供了數(shù)據(jù)分析、算法實現(xiàn)與應(yīng)用開發(fā)的交互式開發(fā)環(huán)境，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展歷程。在MATLAB中鍵入命令FUZZY，進(jìn)入模糊邏輯編輯窗口FIS Editor，在輸入e、ec，和輸出u圖標(biāo)上雙擊，可以對輸入和輸出的隸屬函數(shù)進(jìn)行編輯，如：論域范圍、隸屬函數(shù)條數(shù)、隸屬函數(shù)形狀等。，兩個雨刷到達(dá)復(fù)位位置的時間偏差變化率ec的論域為[6,+6]，有5個語言變量，三角形隸屬度函數(shù) 。然后在Rules Editor窗口中輸入控制雨刮同步的35條模糊控制規(guī)則。 模糊控制算法流程圖 模糊控制器的控制算法是由計算機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)的。另一個是計算機(jī)在模糊控制過程中在線計算輸入變量（誤差、誤差變化），并將他們模糊化處理，查找查詢表后再做輸出處理的程序。不難看出，這種控制算法程序簡單，計算機(jī)易于實現(xiàn)。模糊控制是智能控制的一個重要分支，與常規(guī)PD控制相比具有無需建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，對被控對象的時滯、非線性和時變性具有一定的適應(yīng)能力等優(yōu)點，同時對噪聲也具有較強(qiáng)的抑制能力。但是與PID控制比起來模糊控制器具有調(diào)節(jié)速度快，超調(diào)量小等特點。通常的工業(yè)過程可以等效成二階系統(tǒng)，為了不失一般性，我們?nèi)∽鳛橹悄苡旯纹飨到y(tǒng)的模型[1]。基于實驗中反復(fù)調(diào)試和量化因子及比例因子的選取規(guī)則，取Ke=，Kec=，Ku=。取Kp=，Ki=1，Kd=。在實驗室運(yùn)行，表現(xiàn)出良好的控制性能。 PID控制系統(tǒng)模型 PID控制系統(tǒng)仿真結(jié)果總結(jié)該雨滴傳感器安裝在風(fēng)擋玻璃上駕駛室一側(cè)，通過改變雨量的大小，能使雨刮器自動工作在低速檔或高速檔。本文在查閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際應(yīng)用問題，對智能雨刮系統(tǒng)進(jìn)行了研究。本文所研究的紅外雨滴傳感器及智能雨刮系統(tǒng)，由于成本低廉，性能穩(wěn)定，可靠性高，易于在大客車和低檔轎車上普及應(yīng)用，有廣泛的市場應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)〔D〕，北京：哈爾濱理工大學(xué)，2007.，[M]，北京：高等教育出版社，1987，8，347373.，全志云，[J]，大連交通大學(xué)學(xué)報，2007，2：9496.[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006，91118.，[J]，佳木斯大學(xué)學(xué)報，2007，6：801803.， cx51應(yīng)用開發(fā)技術(shù)[M]，北京：人民郵電出版社，2007，115131.，[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2003，135142.[J]，北京汽車，1994，4：4243.，萬彥輝，[J]，微電機(jī)，2007，12：2847.，[M]，北京：中國紡織出版社出版，2001，5984.，[J]，包頭鋼鐵學(xué)院報，2005，12：334337.，羅隆福，許加柱，[J]，大電機(jī)技術(shù)，2006，1：6668.[J]，湖北汽車工業(yè)學(xué)院報，2007，3：7478.〔D〕，吉林：吉林大學(xué)，2007.，[J]，汽車電器，1996，2：89.[J]，上海汽車，2004，4：3739.，張勇， 99SE電路設(shè)計教程[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2007，19125.[M]，北京：中國電力出版社，2003，1050.[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998，123151.，[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2002，328345.，[M]，北京：高等教育出版社，2002，132140.，[J]，四川大學(xué)學(xué)報，2004，34: 117120.[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，87112.附錄A matlab仿真圖 圖A．1 電機(jī)復(fù)位時間偏差的隸屬函數(shù)圖A．2 電機(jī)復(fù)位時間偏差變化的隸屬函數(shù) Pwm占空比增量的隸屬函數(shù) 模糊控制規(guī)則附錄B 硬件原理圖附錄C 程序第一片單片機(jī)的雨滴傳感器程序：include define_MHZ_12 /設(shè)置單片機(jī)使用的晶振頻率unsigned int count=0,precount,Maichong。 /t1定時子函數(shù)void int1(void) interrupt1。 /判斷雨量多少子函數(shù)sbit Q7=p3^3。main(){ t1()。P0=Maichong。}}void t1 (void)。 /定時器1工作在方式1，即為16位計數(shù)器TH1=0X01。TR1=1； /啟動T1IT1=1； /設(shè)置INTR1中斷方式為邊沿觸發(fā)方式，負(fù)跳變時產(chǎn)生中斷EA=1。 /允許定時器1中斷EX1=1。}void int1(void) interrupt1。TH1=0X15。while (int1==0)。precount=count。}void Yudi(void)。amp。 else if (precount=12amp。precount20) {Maichong=0FH。}第二片用于電機(jī)控制的單片機(jī)程序：include include float pwmcycle, pwmcycle1,pwmcycle2。sbit pwm1=。sbit pwm2=。void delay(unit m)。void timer1(void)interrupt 0 using 1。void shijiancha(void)。void gengxin(void)。 dianji()。tongbu()。if(timer1!=timer2) {dianji()。while(m)for(i=125。i)}void dianji(void) /電機(jī)雙向子程序{ while (Maichong==4) {if(SA1==1 or SA3==1) {P0=09H。} pwmcycle=40%delay(20)。while (Maichong==16) {if(SA1==1 or SA3==1) {P0=09H。} pwmcycle=60%delay(30)。}void shijiancha(void){TMOD=0x11； /定時方式，工作在方式1TH0=0xff。TH1=0xff。IT0=1；IT1=1；EA=1。ET1=1。TR1=1。do{tmp1=TH0。timer1=256*tmp1+tmp2。TL0=0。do{tmp3=TH1。timer2=256*tmp3+tmp4。TL0=0。for(k=0。 ec(k)=E(k)E(k1)。}else if(e(k)25ms){e(k)=25ms。)else if(ec(k)50ms){ec(k)=50ms。}else if (e(k)8msamp。e(k)=15ms){E(k)[1]=1。amp。}else if (e(k)==0){E(k)[3]=1。amp。}else if(e(k)=15msamp。e(k)8ms){E(k)[5]=1。}if(ec(k)16amp。ec(k)=30) /時間誤差變化置位規(guī)則{Ec(k)[0]=1。amp。}else if(ec(k)==0){Ec(k)[2]=1。amp。}else if(ec(k)=30amp。ec(k)=16){Ec(k)[4]=1。}else if(Ec(3)=1) {U=2。}else if(Ec(1)=1) {U=1。}}while(E(k)[5]=1){ if(Ec(4)=1) {U=3。}else if(Ec(2)=1) {U=2。}else if(Ec(0)=1) {U=0。}else if(Ec(3)=1) {U=2。}else if(Ec(1)=1) {U=0。}}while(E(k)[3]=1){ if(Ec(4)=1) {U=3。}else if(Ec(2)=1) {U=0。}else if(Ec(0)=1) {U=3。}else if(Ec(3)=1) {U=0。}else if(Ec(1)=1) {U=2。}}while(E(k)[1]=1){ if(Ec(4)=1) {U=0。}else if(Ec(2)=1) {U=2。}else if(Ec(0)=1) {U=3。}else if(Ec(3)=1) {U=1。}else if(Ec(1)=1) {U=2。}}void gengxin(void){{pwm1=pwmcycle+U*。}if(SA1==1 or SA3==1) {P0=09H。P0=08H； delay((1pwm1)*50)。delay(pwm1*50)。delay((1pwm1)*50)。這將是我在今后工作學(xué)習(xí)中的一筆寶貴財富。讓我們把學(xué)會把理論運(yùn)用到實際中。同時還要感謝幫助過我的同學(xué)們，謝謝你們在設(shè)計中給我的支持與動力