杜洋 江蘇無線電廠有限公司

基于自適應(yīng)控制的車燈轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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汽車在夜間行駛，由于固定式的車燈不能隨車實(shí)際的行進(jìn)方向同步，因此造成了視野盲區(qū)，容易引發(fā)交通事故。為了提高駕駛員夜間行車的安全性，設(shè)計(jì)了一種車燈隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

自適應(yīng)控制 角度傳感器 模糊控制

本文設(shè)計(jì)了一種行車燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)控制近光燈隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，增加駕駛員的可視范圍，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。

1 車燈控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過傳感器將車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸入到控制芯片中，然后再將信號(hào)輸出給照明燈轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)車燈照射角度的改變。系統(tǒng)示意圖如圖一所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 自適應(yīng)控制系統(tǒng)

2.1 自適應(yīng)控制概述

自適應(yīng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)參數(shù)改變，而進(jìn)行自身特性的調(diào)整的反饋控制系統(tǒng)，具有線性定常的特性。自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)的參考因素包括：收斂性、穩(wěn)定性和魯棒性，自適應(yīng)控制系統(tǒng)模型由于其獲得的信號(hào)的特性中沒有計(jì)生高頻成分，故可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。該系統(tǒng)使用收斂性分析方法應(yīng)用具有一定局限，不能適用于復(fù)雜的模型上，并且對(duì)適用條件要求嚴(yán)格。

2.2 自適應(yīng)控制器

汽車在轉(zhuǎn)彎過程中轉(zhuǎn)向軸偏轉(zhuǎn)的角度稱為偏差。系統(tǒng)采用雙端輸入、單端輸出，確保系統(tǒng)控制輸入輸出的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。定義E為偏差，De為偏差變化率，E和De作為雙端輸入量，轉(zhuǎn)動(dòng)角度P作為單端輸出控制量。

方向盤極限偏差為540°。假設(shè)偏差E的離散點(diǎn)數(shù)量為 15，則其論域?yàn)椋簕1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15}，DE與 E的 論 域 相 同。 用 符 號(hào){ZB,ZV,ZM,ZS,Z,YS,YM,YV,YB}分別表示偏差量定性描述{左大，左較大，左中，左小，零，右小，右中，右較大，右大}。

轉(zhuǎn)動(dòng)角度P相對(duì)參考點(diǎn)的論域?yàn)閧-35,35}。其離散點(diǎn)分別為{-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5} 共 計(jì) 11 個(gè)，定量描述取{左大，左中，左小，右小，右中，右大}，用字母表示為{ZB,ZM,ZS,YS,YM,YB}。

假定向左為正，向右為負(fù)，則車輪偏轉(zhuǎn)角度上下限為±35°，轉(zhuǎn)向軸偏差范圍為±540°，偏差E的基本論域?yàn)閧-540，540}。取n=7，離散為15個(gè)點(diǎn)，定義量化系數(shù)為k1，由式（1）計(jì)算得：

設(shè)偏差變化率的實(shí)測(cè)值Ds，它是非線性連續(xù)的。假設(shè)De的變化范圍為{-5，5}，取n=5，離散為11個(gè)點(diǎn)，則量化系數(shù)k2通過（1）計(jì)算得0．009。Ds經(jīng)過模糊處理后，映射到De論域上的點(diǎn)Ns計(jì)算得：

若偏差變化率實(shí)測(cè)值為Es，則模糊化侯的論域點(diǎn)可計(jì)算：

偏差隸屬度采用等腰三角形?；ù_定，偏差E的定性描述模糊劃分如圖2所示。De的定性描述模糊劃分與圖2相似，只需將坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)化為De。

圖2 偏差E模糊劃分

參照專項(xiàng)控制系統(tǒng)特點(diǎn)，偏差E、轉(zhuǎn)角P和偏差變化率De相互影響，構(gòu)成蘊(yùn)涵關(guān)系。因此，系統(tǒng)的控制能力取決于偏差和偏差變化率，兩者均較大時(shí)，控制力強(qiáng)。De較小時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定。

模糊化后的輸入偏差和偏差變化率為模糊量，分別將兩個(gè)輸入的模糊量定義為H0、G0，定義輸出的模糊量為M0。則。然后根據(jù)E、De的偏差模糊量計(jì)算得到M0。清晰量P按照系統(tǒng)中心法得：

根據(jù)設(shè)計(jì)，前照近光燈的轉(zhuǎn)動(dòng)角度P上下限為±35°。取值n=5，其論域離散為11個(gè)點(diǎn)。轉(zhuǎn)換比例因子設(shè)Np為P論域上的點(diǎn)，則輸出的實(shí)際控制量

3 轉(zhuǎn)角控制模塊設(shè)計(jì)

3.1 角度傳感器

角度傳感器用于感應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變化，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)過22．5°，計(jì)數(shù)一次。同方向轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)增加，反向改變計(jì)數(shù)減小。傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作頻率高，也要求較高的精度，采用四環(huán)閉環(huán)控制配置角度傳動(dòng)系統(tǒng)，以減少機(jī)械磨損導(dǎo)致的誤差。

3.2 電機(jī)控制單元

步進(jìn)電機(jī)的速度影響了其是否能夠正常啟動(dòng)，為使電機(jī)正常啟動(dòng)并且能高速運(yùn)轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)的脈沖頻率采用線性曲線脈沖的方式。選取升壓升頻驅(qū)動(dòng)方式的電機(jī)，恒壓控制驅(qū)動(dòng)電路，采用8通道的邏輯驅(qū)動(dòng)，便于對(duì)單極兩相步進(jìn)電機(jī)或者直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的車燈隨動(dòng)系統(tǒng)，采用了模糊控制算法和自適應(yīng)系統(tǒng)兩種方式，以方向盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)為信號(hào)源，在影響原有照明設(shè)計(jì)的條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)車燈的隨動(dòng)控制。增加了駕駛員夜間行車的可視范圍，保障了行車安全。

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杜洋，1989.12，男，漢族，江蘇省南京市，本科，助理工程師，從事電子通信方面的研究。