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文檔簡介
1、遺傳模糊自校正PID的汽車防抱制動系統(tǒng)控制器1. 簡介 在設(shè)計的汽車防抱制動系統(tǒng)的困難可分為如下。第一,車輛剎車力度是非線性的。 第二,有很多未知的環(huán)境, 如道路的摩擦系數(shù),可能是濕的,有雪的,或者干的。最后由于機(jī)械磨損和老化導(dǎo)致參數(shù)的變化。 最近,大量關(guān)于防抱死制動系統(tǒng)研究已進(jìn)行。目前,大多數(shù)商業(yè)防抱死制動系統(tǒng)是基于查找表格式的方法。這些表的校準(zhǔn)通過反復(fù)實驗室試驗和工程領(lǐng)域的測試。 對于常規(guī)的PID自動機(jī)控制器被廣泛接受的行業(yè)。根據(jù)在YU(1999)的一篇調(diào)查報告,一個行業(yè)超過90的控制循環(huán)中使用PID。這是因為PID控制器容易理解,容易向其他人解釋,容易實施。不幸的是,PID回路的運(yùn)作中有
2、許多是在不斷監(jiān)測和調(diào)整需要,因為它們很容易成為調(diào)整不當(dāng)。一般來說,為了滿足實時運(yùn)轉(zhuǎn)的需要,自校正是必要的。 成功的激發(fā)了模糊控制器控制的非線性、復(fù)雜,在現(xiàn)實的世界變動態(tài)過程,就出現(xiàn)了模糊邏輯控制器的理論方面的研究工作急劇增加。主要的原因是,模糊邏輯控制器基本上納入了控制策略的人的專門知識,開發(fā)更容易理解的語言解釋。在不同類型的模糊邏輯控制器結(jié)構(gòu)中,PI類型和PD類型模糊邏輯控制器非常普遍。其他有關(guān)工程使用了不同的適應(yīng)政策,以改善一個或多個性能指標(biāo)。然而,PID類型模糊邏輯控制器的發(fā)展不是很普遍,因為它們需要三維規(guī)則庫的建設(shè),那是復(fù)雜的設(shè)計。此外,為了使PID類型模糊控制器的自適應(yīng),自由適應(yīng)性參
3、數(shù)增加,它們的相互作用和相互依存的人數(shù)進(jìn)一步復(fù)雜化的情況。對汽車使用模糊系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)PID控制器的領(lǐng)域,吸引了很多作家。一個模糊的自校正增量PID控制器已經(jīng)被 He et al.s-z.et al(1993)提出。該控制器實現(xiàn)了一個傳統(tǒng)的PID結(jié)構(gòu),開始與比例增益,積分時間和微分時間值的運(yùn)作,獲得著名的齊格勒-nichls調(diào)整公式。該計劃實施的監(jiān)督模糊系統(tǒng),每個采樣時刻的控制參數(shù)自適應(yīng)變動的情況,提高控制性能。另一項研究,為調(diào)查的PID整定模糊邏輯控制器已被visioli在一月作出。在他的工作,有幾個PID控制方案進(jìn)行了模擬線性系統(tǒng)。雖然在大多數(shù)情況下,控制器的性能優(yōu)越的線性過程顯示,它們僅
4、能減少沖鋒,同時在日益興起的費(fèi)用,且降解變得越來越重要隨著增加的時間延遲。這限制了作為一個整體接受良好的控制機(jī)制。根據(jù)上述作品,可以得出結(jié)論,Z-N方法已被廣泛地作為整定PID控制器的開關(guān)線。這可能是指該方法能夠保持良好的負(fù)載擾動衰減。然而大多數(shù)的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)化協(xié)調(diào)問題從使用Z-N調(diào)整參數(shù)到其他作者定義的參數(shù),并以新的參數(shù)模糊邏輯為調(diào)諧工具。這表明缺乏一個通用的方法可用于線性和非線性對象。此外,Z-N方法的適用性和應(yīng)用范圍是有限的。例如,它不適合與時間常數(shù)的比值小于0.15或者大于0.6。該方法還不適于阻尼和高靈敏度差,同時不適于閉環(huán)突然發(fā)生相當(dāng)大的參數(shù)變化。在這個研究中,一個自校正的PID控制
5、器為防抱死制動系統(tǒng)計劃??刂品辣乐苿酉到y(tǒng)的制動扭矩對于避免鎖方向盤是必須的,以至于開車的人能控制車的運(yùn)動。參數(shù)的變化為一個簡單,無模型模糊PID型結(jié)構(gòu)發(fā)展為三個獨(dú)立的廣義模糊系統(tǒng)的有效結(jié)合的過程。通過調(diào)整每個PID是一階Takagi - Sugeno模糊系統(tǒng),確定其最佳離線使用改進(jìn)的遺傳算法參數(shù)控制目標(biāo)是保持在理想范圍內(nèi)的輪胎滑移率,同時保持最小的制動距離,制動時由驅(qū)動程序的要求。用這種方法,PID控制器可自動調(diào)整,以滿足系統(tǒng)的不確定性,實現(xiàn)令人滿意的答復(fù)。對道路狀況的穩(wěn)健性進(jìn)行審查,并通過數(shù)值試驗結(jié)果與先前的作品相比。本文組織如下, 第2節(jié)介紹了有關(guān)季度汽車防抱死制動系統(tǒng)的模式建立一個數(shù)學(xué)
6、模型。第3節(jié)介紹了整定PID控制器領(lǐng)域以往的作品。第4說明提出的PID自整定方案一階基于T-S模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通過學(xué)習(xí)達(dá)到最佳的性能指標(biāo),用改進(jìn)的遺傳算法。模擬結(jié)果和討論載于第5節(jié)。第6節(jié)為我們總結(jié)評論。2. 防抱死制動系統(tǒng)的模型2.1本季度車輛動態(tài)模型 驗證控制性能,本節(jié)演示了一個簡化的四分之一車輛模型動態(tài)議案,是被Assadin and Nouilllant推導(dǎo)的。fig.1. 非線性動力學(xué)可以描述如下。在縱向方向的力的平衡 (1)所定義的滑移率 (2)總結(jié)對車輪扭矩中心 (3)用公式(1)和公式(2)重排 (4) 公式(4)清楚地看出,在制動過程中,滑移率是根據(jù)輸入扭矩U和車速
7、在狀態(tài)空間依賴,系統(tǒng)的狀態(tài)變量是:,在哪里停車距離的狀態(tài)空間方程是 (5)在式(5)的狀態(tài)空間模型已被用于模擬測試,以評估該防抱死制動系統(tǒng)的性能,采用不同的PID控制策略。在制動過程中,我們假設(shè)車輪半徑不變,車速和車輪角速度是通過換能器在適當(dāng)?shù)牡胤娇捎眯盘?。以至于滑移率是防抱死制動系統(tǒng)的可用參數(shù)的閉環(huán)系統(tǒng)。2.2 制動基礎(chǔ)知識和問題的定義 防抱死制動系統(tǒng)的能力去保持車輛的穩(wěn)定性和可靠性,并且仍然產(chǎn)生短的制動距離比從鎖定車輪停止這些,來自該關(guān)系的附著系數(shù)和車輪滑移率。摩擦系數(shù)可以在很寬的變化范圍,根據(jù)這些因數(shù)例如:(a) 路面條件(干燥或濕)(b)輪胎側(cè)偏角(c)輪胎品牌(夏季胎,冬季胎)(d)
8、車輛速度(e)輪胎與路面之間滑移率在這篇文章中,Burckhardt介紹了輪胎摩擦模型并且在harifi被采用。它提供了輪胎路面的摩擦系數(shù)作為車輪防滑系數(shù)和汽車速度 (6)公式(6)參數(shù)表示如下:是的摩擦曲線的最大值,是曲線形狀的摩擦,是最大值之間的摩擦和價值曲線之差在時,是濕度的特征值并且范圍0.02 -0.04s/米。表1顯示了不同的道路條件第摩擦模型的參數(shù)。道路表面的摩擦系數(shù)條件和滑移率的依賴如圖2,橫向力對車輛的影響是重要的。很明顯下滑時等于一,力等于0,這就能解釋為什么當(dāng)車輪卡住的時候掌舵能力失去了。車輪和路之間的摩擦力影響系數(shù)有一個最佳值,其根據(jù)路的類型和最壞的表現(xiàn)發(fā)生在而不同。大
9、部分的制造者用下滑率等于0.2作為一個調(diào)整點(diǎn),其對所有的道路條件是一個好的折中。這樣的控制問題可以說是一個設(shè)定點(diǎn)控制系統(tǒng),可以實現(xiàn)PID控制器。圖表3.下個部分為這閉環(huán)系統(tǒng)描述幾個PID策略。在40年代初,經(jīng)反復(fù)實驗,ziegler和Nichols方式大量人手實驗發(fā)明了離線調(diào)諧知名Z-N公式。例如在時間領(lǐng)域,他取得的PID系數(shù)法直接從一個穩(wěn)定的三個重要植物被控制,即廠增益,時間常數(shù)和運(yùn)輸延遲參數(shù)。這些參數(shù)可以很容易地獲得圖形從工廠開環(huán)階躍響應(yīng)。對模糊系統(tǒng)的概念,而不是可以用來模仿人類的知識和在線調(diào)整控制增益Z-N公式。后面的分節(jié),在這方面表現(xiàn)出以前的作品。它們被用在后面的章節(jié)中作比較。3.1標(biāo)
10、準(zhǔn)和非線性PID控制器有許多類型的PID控制器,例如加上重力補(bǔ)償?shù)腜ID,加上摩擦補(bǔ)償?shù)腜ID,加上擾動觀測的PID等等。這兒,我們將考慮基本形式的PID控制器,它放置在一個統(tǒng)一的反饋控制系統(tǒng)。一個典型的PID控制規(guī)律的標(biāo)準(zhǔn)為 (7)這里是可變量,是錯誤的系統(tǒng),是成比例上升的,是微分時間常數(shù),是積分時間常數(shù)。公式(7)能被改寫成 (8)微分收益并且積分收益。 在設(shè)計和整定一個PID控制器,P,I和D行動要協(xié)調(diào)。這不是一個簡單的過程,因為這三個動作系數(shù)相互交流,不能簡單地在一個單獨(dú)調(diào)去耦合方式。利用Z-N整定方法的實驗的過程,可以陳述如下:首先,過程用比例增益來控制。的值慢慢增長直到發(fā)生持續(xù)震蕩
11、。在震蕩時,指出增益值和周期震蕩值。這個方法指出在震蕩時有60%的收益。積分時間常數(shù)為50%振蕩周期和微分時間常數(shù)為12.5的振蕩周期。在Z-N的方法是設(shè)計了離線連續(xù)系統(tǒng)的調(diào)整,也可用于離散情況下的快速采樣時間。 非線性的PID控制器已經(jīng)廣泛被考慮在文學(xué)上。一類非線性PID控制器可概括如下: EMBED Equation.DSMT4 (9)那里是一個非線性函數(shù)的閉環(huán)誤差和延遲取決于過程,可能代表了一個模糊邏輯系統(tǒng),在其中輸入是和。它配備的是比例增益誤差和對當(dāng)前在所載的其他參數(shù)而定。該非線性PID的成效,已討論了Mann等人的線性系統(tǒng)。3.2 模糊自整定一個參數(shù)由于其簡單,這個計劃已被廣泛認(rèn)為是
12、文學(xué)。Hel.S. Z 等的設(shè)計的方法,包含了使用在線模糊推理系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行自我調(diào)整的參數(shù)化的參數(shù)通過一個單一參數(shù)并且使用Ziegler - Nichols公式。在此方法中,三個PID參數(shù)可以表示為 (10) 這里和分別是極限增益和極限期。的值確定的遞歸公式如下:這里是在一個在范圍選擇的定值,是模糊推論系統(tǒng)的輸出值。模糊系統(tǒng)已經(jīng)有每兩個輸入量和七個輸入量有七個隸屬函數(shù)。開始設(shè)置等于0.5,它和Z-N公式相協(xié)調(diào)的。關(guān)于方法,然而,該比例系數(shù)的模糊模塊的參數(shù)調(diào)整和是留給用戶,也沒有經(jīng)驗法則,給出了這個任務(wù)。4.1 模糊集點(diǎn)加權(quán)由Visioli提出這種方法包括模糊化設(shè)定點(diǎn)稱重,離開固定的其他三個參數(shù)
13、.用這種方法,控制法描述為這里w是一個不小于或等于1的定值,并且模糊推論系統(tǒng)的輸出值,其中兩個輸入值由五個三角關(guān)系組成,輸出值有九個輸出三角關(guān)系。模糊規(guī)則根據(jù) Macvicar-Whelan matrix,在表2中介紹。但是該方法不是簡單的算術(shù)運(yùn)算之一,大量用于在線調(diào)整需要。3.4增量模糊專家PID控制 Tzafestas和Papanikolopoulos介紹轉(zhuǎn)型期的一個縮放比例的三個控制參數(shù)的值的程序基礎(chǔ)上,系統(tǒng)誤差,其速率。就是說,積分和微分增益的比例的當(dāng)前值增加或通過一個模糊推理按照下列關(guān)系制度:4 建議的模糊自整定PID控制方案擬議的管制計劃并沒有對Z-N的方法,也不依賴于以前的規(guī)則的基礎(chǔ)上,特別是對一些植物設(shè)計的。相反,它使用一階TS模糊系統(tǒng)作為調(diào)諧的工具為PID控制模塊。一種改進(jìn)的遺傳算法來優(yōu)化選擇的模糊系統(tǒng)的參數(shù)。一個防抱死制動系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)是:盡量減少停車距離Sx,保持與最快的響應(yīng)沒有/低過沖和接近零穩(wěn)態(tài)誤差第一個目標(biāo)是一個關(guān)鍵問題涉及到ABS,而第二個是任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的共同目標(biāo)。在這項工作中,最優(yōu)
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