基于模糊PID控制的跟踪汽车设计分析

陈煊

摘 要：以MCU为控制器核心，采用模糊PID控制算法设计汽车，可以轻松实现智能跟踪和避障功能。首先，汽车的红外光电传感器检测道路信息和障碍物，然后将偏移角度和偏移变化率作为两个输入量传输到模糊PID控制器。经过处理后，输出相应的信号以控制轿厢运动的速度和方向。模糊PID控制策略在智能汽车的跟踪精度和速度方面具有明显的优势。

关键词：MCU;跟踪;智能汽车

1 引言

智能跟踪车是一种轮式机器人，可以根据计划的路径自动运行。它也是一个集成了环境感知，分析和判断，决策和自动驾驶的综合系统。随着物流业的发展，由智能汽车发展起来的快递分拣机器人应运而生，并成为物流业的热门搬运工具。例如，在快递分拣中心，工作人员卸下货物并将其放在快递分拣机器人上。其余的处理和分类由机器人独立完成。它大大提高了快遞分拣和运输的效率，降低了成本，并提高了分拣的灵活性。它的研究和推广将对实现自动化物流产生积极而重大的影响。使用简单的控制模型可能会导致跟踪车发生不连贯的运动，例如在转弯时摆动，从而影响了车速。为了提高轿厢运动的平稳性，可以将轿厢前端的万向轮转换成转向器，然后对转向器的转向角和速度采用PID闭环控制。的智能车。由于智能汽车的转弯也与左右车轮的速度有关，因此该控制方法需要使转向器的转向角和左右车轮的速度实时匹配，否则车轮会发生打滑现象，因此控制困难。根据跟踪避障车的工作原理，建立了模糊PID控制模型，实现了智能车的快速，精确的跟踪控制。

2 系统设计

IAP15F2K61S2单片机用作智能汽车的核心控制器。主要模块包括电源模块，电机驱动模块，停车检测模块，跟踪模块和避障模块。电源模块为其他每个模块供电。电机驱动模块可以驱动电机运行，左电机与右电机的差速用于实现智能汽车的转向。停车检测模块用于检测终点是否到达以及起点是否返回。跟踪检测模块可以检测路面信息，并将检测到的数据发送给单片机，经过单片机处理分析后进行相应的处理，使智能汽车可以沿着预定路径行驶。避障模块用于检测运动路径前面是否存在障碍。如果MCU收到障碍物的信息，它将向汽车发送停车命令。由于汽车主要使用模糊PID算法来规划路线，并且简单地实现了跟踪分类机器人的跟踪和避障功能，因此在此主要介绍跟踪模块的工作原理。跟踪模块用于实时检测路面信息。该模块使用TCRT5000红外反射传感器进行检测。电位器调整精度后，有效检测距离可达2.5cm，工作电压为3.3V-5V，在电源模块的供电范围内，可以直接从微控制器获取电源。传感器的红外发光二极管连续发射红外线。当检测到黑色导线时，红外接收管无法接收到反射的红外线，二极管处于关闭状态，模块的输出为高，指示灯熄灭;当黑线不在检测范围内时，红外接收管接收到反射的红外光，二极管处于导通状态，模块输出低电平，指示灯亮。在汽车的前端，五个跟踪传感器用作前视视图，并以大约1cm的距离排列成一条线。输出端口OUT从左到右连接到单个芯片的IO端口P0.4，P0.5，P0.6，P0.7，P1.0。如果传感器检测到黑线，则输出高电平，否则输出低电平。从左到右依次命名五个传感器。中间的3号传感器输出高电平时，其余传感器输出低电平，表示汽车沿着黑色指导线行驶，然后继续直行。如果1号和2号传感器之一检测到黑线，表明汽车在向右行驶，则执行左转弯。如果第4个和第5个传感器中的传感器输出高电平，指示汽车向左行驶，请执行右转。在跟踪过程中，如果避障传感器输出的低电平表示前方有障碍物，则MCU会执行停止等待命令，直到障碍检测传感器的输出电平高为止，然后继续跟踪过程。

3 控制结构与算法

模糊PID可以根据PID控制器的三个参数P，I和D与偏移角E和偏移角的变化率EC之间的模糊关系连续检测E和EC。然后，根据预先确定的关系和模糊推理方法，实时修改PID控制器的三个参数，并根据传感器信号对PID参数进行自整定，使输出参数值较小。周期中的变化范围。它有效地解决了输出值突然变化或偏差变化的问题，具有很强的适应性，可以有效地解决一些非线性问题。使用模糊PID控制算法，无需建立精确的数学模型就可以有效地设置PID控制器的参数。将汽车的中心点的直线和第3个的红外传感器点设置为L线。轿厢与引导线之间的位置偏差可以由直线L与引导线之间的角度α表示，直线L的左侧之间的角度为负，右侧为正。

4 测试分析

在对该程序进行安装和基本调试之后，将使用轨道对智能汽车进行测试。该轨道由两条长度分别为100cm和124cm的直线轨道和一条半径为50cm的弧形轨道组成。编码器测量的速度和光电传感器采样的纵向角度偏差由无线蓝牙设备上传到主机。采用模糊PID控制模型的汽车可以快速转弯，运动平稳连贯，跟踪运动更准确。进一步改善汽车的跟踪性能的措施如下。如果在汽车前部安装更多的红外光电传感器或其他模拟位置传感器将使检测到的轨道位置偏差更加准确，则转角PID控制器的输出波动也将得到改善，从而可以使转向系统转向。车子比较稳定。

5 结论

通过对汽车速度采用模糊PID闭环控制，可以实现汽车在直行道路上的快速加速和在弯道上汽车的减速，从而达到良好的速度控制效果。同时，汽车还增加了红外避障传感器，使汽车的道路信息检测能力也大大提高。在未来的设计过程中，可以适当选择更多性能良好的传感器，并可以改进MCU控制算法，从而提高稳定性，可靠性和快速通过跑道的能力。

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