基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统PPT课件
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基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统
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[ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] 黄 长艺 , 严普强 . 机械工程测试技术基础 [ M ] . 第 3 版 . 北京 : 机械工业出版社 , 2006. 李 白男 . 伪随机信号及相关辨识 [ M ] . 北京 : 科学出版社 , 1987. 扶 碧波 , 樊锐 . 虚拟仪器软件开发方法的研究 [ J] . 化工自动化及仪表 , 2002 ( 3) : 42- 45. 倪 博溢 . 基于 L abVI EW 的辨识仿真实验平台 [ J] . 计算机仿真 , 2006 ( 5) : 264- 268. 刘 玥 , 宗哲玲 , 田立国 . 基于 L abV IEW 的控制系统时域仿真研究 [ J] . 微计 算机信息 , 2007( 19) : 97- 99. 阮 沈勇 , 王永利 , 桑群芳 . M A T L A B 程序设计 [ M ] . 北京 : 电子工业出版社 , 2004.
78
中原工学院学报
2008 年
第 20 卷
The Simulation System of Backing Truck Based on MATLAB Fuzzy Control
M ENG H ui x ia, GENG Jun mei
( Jiyuan Vocat ional and T echnical College, Jiy uan 454650, China) Abstract: T his paper st udies t he back t ruck sy st em based on MAT L AB f uzzy cont rol. T houg h the simu lat io n result using SIMU L INK, w hich is int eg rated simulated environment, It is f ound t hat , contr olled by f uzzy lo gic cont ro ller, t he t ruck can back right ly, and having a g lossy t race. So t he conclusion is obt ained: f uzzy log ic contro l is bet t er t han t he t radit ional cont ro l, fuzzy log ic contr ol is w ort hy of st udying and apply ing in o ur life. Key words: M AT LA B backing; fuzzy lo gic co nt ro l; simulat ion system; GU I int erf ace
模糊控制在MATLAB中的实现47页PPT
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
模糊控制在MATLAB中的实现
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Байду номын сангаас
基于MATLAB的自动倒车模煳控制系统的设计22页PPT
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
基于MATLAB的自动倒车模煳控制系统的 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。 设计
第五章模糊控制系统的MATLAB仿真PPT课件
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37
38
5.2.6 FIS输出量曲面观测窗 1.输出量曲面观测窗界面简介 2.利用输出量曲面观测窗进行分析研究
39
5.2.7 用GUI设计Mamdani型模糊系统举例 1.选择模糊控制器的结构及模糊逻辑算法 2.定义覆盖输入、输出变量的模糊子集 3，编辑模糊控制规则 4.观测模糊推理过程
59
设计模糊推理结构
• Mamdani法 • Lorsen法 • Takagi-Sugeno方法。
60
(1).Mamdani方法
利用“极大—极小”合成规则定义模糊蕴 含表达的关系。例如：R :ifx为 A ， t h e ny为 B
表达的关R C系 定义为
RCABXYA(x()x ,y)B(y)
40
41
42
4.观测模糊推理过程 5.观测清晰化方法对输出量的影响 6.观测整个论域上输出量与输入变量间的关
系
43
5.2.8 用GUI设计Sugeno型模糊系统举例 1.选择模糊系统的结构及逻辑算法 2.定义输入、输出变量的模糊子集 1）增加一个输出函数 2）命名 3）输入参数 3. 输入模糊控制规则 4.观测模糊推理过程 5.观测整个论域上输出量与输入量间的关系
13
5.2 模糊推理系统的设计与仿真
5.2.1 模糊推理系统的图形用户界面简介
14
15
5.2.2 模糊推理系统编辑器 1.FIS编辑器界面简介 • 菜单条和模框区
File Edit View
16
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18
模糊逻辑区和当前变量区 2. FIS推理系统的编辑 3.编辑FIS的维数 4.编辑FIS输入、输出量的名称
3
• 5.1.2 仿真模型图的建立 • 1.打开模型编辑器界面 • 2.移入模块并予以合理布局
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5.2.6 FIS输出量曲面观测窗 1.输出量曲面观测窗界面简介 2.利用输出量曲面观测窗进行分析研究
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5.2.7 用GUI设计Mamdani型模糊系统举例 1.选择模糊控制器的结构及模糊逻辑算法 2.定义覆盖输入、输出变量的模糊子集 3，编辑模糊控制规则 4.观测模糊推理过程
59
设计模糊推理结构
• Mamdani法 • Lorsen法 • Takagi-Sugeno方法。
60
(1).Mamdani方法
利用“极大—极小”合成规则定义模糊蕴 含表达的关系。例如：R :ifx为 A ， t h e ny为 B
表达的关R C系 定义为
RCABXYA(x()x ,y)B(y)
40
41
42
4.观测模糊推理过程 5.观测清晰化方法对输出量的影响 6.观测整个论域上输出量与输入变量间的关
系
43
5.2.8 用GUI设计Sugeno型模糊系统举例 1.选择模糊系统的结构及逻辑算法 2.定义输入、输出变量的模糊子集 1）增加一个输出函数 2）命名 3）输入参数 3. 输入模糊控制规则 4.观测模糊推理过程 5.观测整个论域上输出量与输入量间的关系
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5.2 模糊推理系统的设计与仿真
5.2.1 模糊推理系统的图形用户界面简介
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5.2.2 模糊推理系统编辑器 1.FIS编辑器界面简介 • 菜单条和模框区
File Edit View
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模糊逻辑区和当前变量区 2. FIS推理系统的编辑 3.编辑FIS的维数 4.编辑FIS输入、输出量的名称
3
• 5.1.2 仿真模型图的建立 • 1.打开模型编辑器界面 • 2.移入模块并予以合理布局
第三章模糊控制模糊控制的MATLAB仿真优秀课件
>> r=2; % 键入半径
>> area=pi*r^2; % 计算面积
Hale Waihona Puke 三、变量和数值显示格式1、变量
(1)变量名称
MATLAB对使用变量名称的规定：
1. 变量名称的英文大小写是有区别的（apple, Apple, AppLe，三个变量不同）。
2. 变量的长度上限为 31 个字元。
3. 变量名的第一个字必须是一英文字，随后可 以掺杂英文字、数字或是底线。变量中不能 包含有标点符号。
>> r=2, area=pi*r^2
>> r=2; area=pi*r^2;
请注意上述二式的差异，前者有计算值显示， 而后者则无。
另外一个符号注解是由%起头，也就是说在%之后 的任何文字都被视为程式的注解。注解的功能是 简要的说明程式的内容。任何可能产生混淆的地 方都应该加注解，适量的注解可在以后想了解程 式时能节省一些不必要的时间。例如：
❖ format只是影响结果的显示，不影响其计算与存储； MATLAB总是以双字长浮点数（双精度）来执行所 有的运算。
MATLAB可以将计算结果以不同的精确度的数字格式显示，我们可 以直接在指令视窗键入以下的各个数字显示格式的指令，以π值 为例 ：
>> pi ans = 3.1416 >> format long >> pi ans = 3.14159265358979 >> format short e >> pi ans = 3.1416e+000
如果结果为整数，则显示没有小数；如果结果不是整数， 则输出形式有：
四、简单的数学运算（例exp02_01.m）
>> area=pi*r^2; % 计算面积
Hale Waihona Puke 三、变量和数值显示格式1、变量
(1)变量名称
MATLAB对使用变量名称的规定：
1. 变量名称的英文大小写是有区别的（apple, Apple, AppLe，三个变量不同）。
2. 变量的长度上限为 31 个字元。
3. 变量名的第一个字必须是一英文字，随后可 以掺杂英文字、数字或是底线。变量中不能 包含有标点符号。
>> r=2, area=pi*r^2
>> r=2; area=pi*r^2;
请注意上述二式的差异，前者有计算值显示， 而后者则无。
另外一个符号注解是由%起头，也就是说在%之后 的任何文字都被视为程式的注解。注解的功能是 简要的说明程式的内容。任何可能产生混淆的地 方都应该加注解，适量的注解可在以后想了解程 式时能节省一些不必要的时间。例如：
❖ format只是影响结果的显示，不影响其计算与存储； MATLAB总是以双字长浮点数（双精度）来执行所 有的运算。
MATLAB可以将计算结果以不同的精确度的数字格式显示，我们可 以直接在指令视窗键入以下的各个数字显示格式的指令，以π值 为例 ：
>> pi ans = 3.1416 >> format long >> pi ans = 3.14159265358979 >> format short e >> pi ans = 3.1416e+000
如果结果为整数，则显示没有小数；如果结果不是整数， 则输出形式有：
四、简单的数学运算（例exp02_01.m）
基于MATLAB的模糊控制汽车倒车仿真系统
Matlab模糊控制工具箱 Fuzzy Logic Toolbox
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• • • • •
FIS编辑器 隶属度函数编辑器： 模糊规则编辑器： 模糊规则观测窗 输出量曲面观测窗
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
FIS编辑器
系统设置为3个输入，1个输出，3个输入分 别为距离、角度1、角度2，输出为控制角度
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
隶属度函数编辑器： 距离的隶属度函数选择Z型和S型，分别定义为近距离和远距离
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
模糊规则编辑器： 如果distance 是远，则选择角度1， 如果distance 是近，则选择角度2，
综上：大部分情况下可以完成倒车，但是该模糊控制 需要改进。
北京信息科技大学 孙骏
THE END
谢谢！
北京信息科技大学 孙骏
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
– 由于倒车的速度很低，在 做系统仿真时，不妨假设 倒车速度为常量，程序中 取V=5 – 由于后车轴中心没有侧向滑 动那么后轴中心点( xr , yr ) 满 足约束条件：
yr cos xr sin 0
– 几何约束关系
前后轮的坐标关系： xr x f La cos
v tan / La
北京信息科技大学 孙骏
2.倒车控制系统设计 • 系统设计要求
– 无死区倒车到目标位置 – 具有较高的精度 – 能够成功避障
• 系统设计流程
– 程序中的重要模块： 汽车模型模块 模糊控制模块 汽车定位模块 动画显示模块
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• • • • •
FIS编辑器 隶属度函数编辑器： 模糊规则编辑器： 模糊规则观测窗 输出量曲面观测窗
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3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
FIS编辑器
系统设置为3个输入，1个输出，3个输入分 别为距离、角度1、角度2，输出为控制角度
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3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
隶属度函数编辑器： 距离的隶属度函数选择Z型和S型，分别定义为近距离和远距离
北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
模糊规则编辑器： 如果distance 是远，则选择角度1， 如果distance 是近，则选择角度2，
综上：大部分情况下可以完成倒车，但是该模糊控制 需要改进。
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THE END
谢谢！
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1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
– 由于倒车的速度很低，在 做系统仿真时，不妨假设 倒车速度为常量，程序中 取V=5 – 由于后车轴中心没有侧向滑 动那么后轴中心点( xr , yr ) 满 足约束条件：
yr cos xr sin 0
– 几何约束关系
前后轮的坐标关系： xr x f La cos
v tan / La
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2.倒车控制系统设计 • 系统设计要求
– 无死区倒车到目标位置 – 具有较高的精度 – 能够成功避障
• 系统设计流程
– 程序中的重要模块： 汽车模型模块 模糊控制模块 汽车定位模块 动画显示模块
模糊控制实例2——AGV小车倒车入库控制.ppt
p
[ Ail (xi)] i1
2）单点模糊化、max-min复合运算、乘积推理、高度去模糊化
m
m
y
f (x) [
l 1
yl
min{
i1, p
Ail
( xi
)}]/[
l 1
min{
i1, p
Ail
( xi
)}]
3）非单点模糊化、max-乘积复合运算、乘积推理、高度去模糊化
xAX
对所有规则,
l 1,2,, m.
m
B AX [R1, R2 ,Rm ] AX Ri
i1
推理举例: 当货车状态为(ti ) 140, x(ti ) 6时，激活3条规则：
1) R(5,1) : if 是B1和x是S2 , then 是B2;
2) R(5,2) : if 是B1和x是S1, then 是B3;
对于输入和x必须规定它们的隶属函数！
3.推理机
规则推理相当于隐含
对离散论域,规则Rl由多变量 Rl ( x, y)决定
Rl ( x, y) AB ( x, y), x ( x1, , x p )T Rl ( x, y) Rl ( x1, , x p , y) AB ( x1, , x p , y)
3. 隶属函数参数: 事先确定、训练过程中调整。 4. 复合方式: max-min 、max-乘积或sup-min,sup-乘积。 5.推理方法：最小、乘积。
6. 去模糊化方法: 极大、极大平均、面积中心、高度 法、高度修正法。
217 131，072 种选择！
为了在数学上进行描述必须作选择：
3) R(6,2) : if 是B2和x是S1, then 是B3;
[ Ail (xi)] i1
2）单点模糊化、max-min复合运算、乘积推理、高度去模糊化
m
m
y
f (x) [
l 1
yl
min{
i1, p
Ail
( xi
)}]/[
l 1
min{
i1, p
Ail
( xi
)}]
3）非单点模糊化、max-乘积复合运算、乘积推理、高度去模糊化
xAX
对所有规则,
l 1,2,, m.
m
B AX [R1, R2 ,Rm ] AX Ri
i1
推理举例: 当货车状态为(ti ) 140, x(ti ) 6时，激活3条规则：
1) R(5,1) : if 是B1和x是S2 , then 是B2;
2) R(5,2) : if 是B1和x是S1, then 是B3;
对于输入和x必须规定它们的隶属函数！
3.推理机
规则推理相当于隐含
对离散论域,规则Rl由多变量 Rl ( x, y)决定
Rl ( x, y) AB ( x, y), x ( x1, , x p )T Rl ( x, y) Rl ( x1, , x p , y) AB ( x1, , x p , y)
3. 隶属函数参数: 事先确定、训练过程中调整。 4. 复合方式: max-min 、max-乘积或sup-min,sup-乘积。 5.推理方法：最小、乘积。
6. 去模糊化方法: 极大、极大平均、面积中心、高度 法、高度修正法。
217 131，072 种选择！
为了在数学上进行描述必须作选择：
3) R(6,2) : if 是B2和x是S1, then 是B3;
模糊控制Matlab操作课件
• 通过调整 a 值的大小，可以改变对误差和 误差变化的不同加权程度。 • 当被控对象阶次较低时，应该对误差的加 权值大于对误差变化的加权值； • 当被控对象阶次较高时，对误差变化的加 权值要大于对误差的加权值。
• 下面举例来说明调整因子 a 对控制性能的 影响。被控对象为二阶环节
控制规则（ a = 0.625 )
• Fuzzy 控制器的设计过程演示
规则可调整的Fuzzy控制器
• 在模糊控制系统中，模糊控制器的性能对 系统的控制特性影响很大； • 模糊控制器的性能在很大程度上又取决于 模糊控制规则的确定及其可调整性。
• 控制规则的解析描述
• 上式描述的控制规则，控制作用取决于误差及误 差变化，且二者处于同等加权程度。为了适应不 同被控对象的要求，引进一个调整因子 a , 则可 得到一种带有调整因子的控制规则
• 优化控制规则的单位阶跃响应 曲线如图 中的曲线 ② 所示；
• 初始控制规则的响应曲线如图 中的曲线 ① 所示。
•上述方法中给定的初始控制规则 （或者说初始给定的加权因子） 尽管比较粗糙，但是通过自寻优， 还是可以找到一个比较理想的控 制规则，从而获得令人满意的控 制效果。
模糊系统建模则
• 根据上述思想，考虑两个调整因子口，a1及 a2: ，当误差较小时，控制规则由 a1 ，来调 整；当误差较大时，控制规则由a2来调整。
控制规则（ a1=0.4 , a2 =0.6 )
控制规则（ a1=0.5 , a2=0.7 )
• 结论：带两个调整因子模糊控制器的控制规则调 整效果比较好，其响应曲线比较理想，这表明带 两个调整因子的控制规则具有一定的优越性。
（2）带有多个调整因子的控制规则
•加权因子取 a0=0.45, a1=0.55，a2=0.65, a3=0.75
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18 北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE3：垂直距离较近，水平距离较远时
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19 北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
仿真系统性能分析
通过以上仿真实验发现，汽车距离远、近，都可以顺 利的到达车库，模糊控制倒车时，轨迹为弧线、控制 效果良好，这说明模糊控制倒车是可行的 。
xr V cos yr V sin
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7 北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析 • 动力学分析
– 确定两个点的运动状态就可以确定整个车的运动。
xr V cos yr V cos
x f xr La sin y f yr La cos
v tan / La
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8 北京信息科技大学 孙骏
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4 北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析
• 动力学分析
– 由于倒车的速度很低，在
做系统仿真时，不妨假设
倒车速度为常量，程序中
取V=5
– 由于后车轴中心没有侧向滑
动那么后轴中心点(xr , yr ) 满 足约束条件：
yr cos xr sin 0
– 几何约束关系
前后轮的坐标关系： xr x f La cos
yr y f La sin
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5
北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析
• 动力学分析
xr xf La cos yr y f La sin
– 对上式求导可得：
xr x f La sin
yr y f Βιβλιοθήκη a cos– 代入下面的方程
yr cos xr sin 0 可得： x f sin y f cos La 0
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1.倒车系统模型分析
• 坐标系的建立
– 调整前轮角度，使车主 轴与X轴方向成90度角
– 垂直泊车，小角度调整 前轮，使车进入预定车位
• 泊车分析
– 为了便于分析，对该系统 参数进行如下的定义：
➢ θ: 坐标系X轴与车主轴的夹角 ➢ Φ：辆前轮方向与车辆主轴夹角，或前轮旋转取，取顺时针为正 ➢ vf : 代表车的运动速度，汽车倒时为正，前进为负 ➢ (xf,yf): 车辆前轮轴线中心坐标 ➢ (xr,yr): 车辆后轮轴线中心坐标
• FIS编辑器 • 隶属度函数编辑器： • 模糊规则编辑器： • 模糊规则观测窗 • 输出量曲面观测窗
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3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
FIS编辑器
系统设置为3个输入，1个输出，3个输入分 别为距离、角度1、角度2，输出为控制角度
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11 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
隶属度函数编辑器： 距离的隶属度函数选择Z型和S型，分别定义为近距离和远距离
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3.模糊控制器设计
倒车系统模糊控制器
模糊规则编辑器： 如果distance 是远，则选择角度1， 如果distance 是近，则选择角度2，
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13 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
fuzzy controller为模糊控制器
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参数初始化命令
15 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统Simulink仿真结构图
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16 北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE1：垂直距离较远，水平距离较近时
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17 北京信息科技大学 孙骏
4.系统仿真实验与结论
CASE2：垂直距离较远，水平距离也较远
倒车系统模糊控制器
模糊规则观测与输出量曲面观测：
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14 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
倒车系统Simulink仿真结构图
truck kinematics 为方程组表示的 汽车系统模型
animation为输出的动画显示模块
f()函数表达式为sqrt(x^2+y^2), 为现在位置到车库位置的距离， 用于实现车辆的定位
2.倒车控制系统设计
• 系统设计要求
– 无死区倒车到目标位置 – 具有较高的精度 – 能够成功避障
• 系统设计流程
– 程序中的重要模块： ✓ 汽车模型模块 ✓ 模糊控制模块 ✓ 汽车定位模块 ✓ 动画显示模块
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9 北京信息科技大学 孙骏
3.模糊控制器设计
Matlab模糊控制工具箱 Fuzzy Logic Toolbox
对于一些距离较近，水平距离相对较大的情况，模糊 控制无法完成倒车，说明模糊控制倒车有一定的局限 性，在距离近到一定程度时，一定的角度内无法完成。
综上：大部分情况下可以完成倒车，但是该模糊控制 需要改进。
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20 北京信息科技大学 孙骏
THE END
谢谢！
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21 北京信息科技大学 孙骏
– 这样，将前后轮的运动 、车体转动速度联系到了一 起
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6 北京信息科技大学 孙骏
1.倒车系统模型分析
• 动力学分析
理想化的假设： 1.低速运动的车身看到刚体，后轮运动方向与车身运动 方向一致。后轮轨迹能够完全体现车身的运动轨迹。 2.将后轮轴线中心坐标(xr , yr ) 认为是车身运动坐标，那么 车辆运动轨迹由(xr , yr ) 组成 。 3.用 (xr , yr , )表示车辆的运动状态。那么影响到车身轨迹 的控制量为 xr , yr , ，直接控制的输出量为前轮转角 Φ.
基于MATLAB的模糊控制 倒车仿真系统
北京信息科技大学 孙骏 2014.05.13
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北京信息科技大学 孙骏
主要内容
1.倒车系统模型分析 2.倒车控制系统设计 3.模糊控制器设计 4.系统仿真实验与结论
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2 北京信息科技大学 孙骏
系统最终仿真效果
汽车运动模型
动画与显示
模糊控制器
控制函数
参数初始化