第 2O卷 第 1期 2009年 2月 JOURNAL OF ZH 0NGYUAN UNIVERSITY OF TECHN0L0GY 中原 工 学 院学 报 Vo1．20 NO．1 Feb．，20O9 文章 编 号 ：1671—6906(2009)01—0075—04 基 于 MATLAB的模 糊 控 制 汽 车 倒 车 仿 真 系统 孟 惠 霞 ，耿 俊 梅 (济 源 职 业 技 术 学 院 ，河 南 济 源 454650) 摘 要 ： 用 MATLAB 的 FuzzyT 具 箱 设 计 了汽 车 倒 车 的 模 糊 控 制 器 ．通 过 仿 真 实 验 发 现 ，用 模 糊 控 制 方 法 控 制 汽 车 倒 车 ，汽 车 运 动 轨迹 圆 滑 ，倒 车 准 确 ，具 有 很 好 的鲁 棒 性 ，具 有 实 际 应 用 价 值 ． 关 键 词 ： MATLAB汽 车 倒 车 ；模 糊 控 制 ；仿 真 系 统 ；GUI界 面 中 图分 类 号 ： TP273．4 文章 标 识 码 ： A 利 用 模 糊 集 合 理 论 ，把 人 的 控 制 策 略 的 自然 语 言 识 ，它 由数 据库 和语 言 (模 糊 )控 制规 则库组 成．数据库 转 化为计 算机 能够接 受 的算 法语 言所 描述 的控制 算法 为 语 言 控 制 规 则 的 论 域 离 散 化 和 隶 属 函数 提 供 必 要 的 不仅 能实 现控 制 ，而 且 能模 拟 人 的 思维 方 式 对 一些 无 定 义 ，语 言 控 制 规 则 标 记 控 制 目 标 和 领 域 专 家 的 控 制 法 构 造 数 学 模 型 的 被 控 对 象 进 行 有 效 地 控 制 ．本 文 利 策 略 ． 用 MATLAB 的 模 糊 逻 辑 控 制 工 具 箱 _1 设 计 模 糊 控 (3)推 理 机 ：是 模 糊 控 制 系 统 的 核 心 ，根 据 模 糊 输 制器 ，自动控 制 汽车 的行驶方 向 ，使 其能 顺利 地到 达最 入 和模 糊控 制规则 ，模糊 推理 求解 模糊关 系 方程 ，获得 终地 点 ，要 求 轨 迹 平 滑 ，路 径 合 理 ．最 后 利 用 SIMU— 模 糊 输 出 ． LINK仿 真工具 进行 仿真 ，验证 结果 ． (4)模糊判 决 接 口：起 到 模 糊 控 制 的推 断 作 用 ，并 模 糊 控 制 器 基本 结 构 分 析 模 糊 逻 辑 控 制 ，是 一 种 基 于 模 糊 数 学 理 论 的 新 型 产 生 一 个 精 确 的 或 非 模 糊 的控 制 作 用 ． 2 汽 车 倒 车 模 糊 控 制 器 构 建 控 制 方 法 ．模 糊 控 制 系 统 的 基 本 结 构 如 图 1所 示 ． 利 用 M ATLAB模 糊 工 具 箱 的 图 形 界 面 可 视 化 _丁 具 ，可 以方 便 直 观 地 实 现 模 糊 推 理 系统 的设 计 过 程． MATLAB模 糊工 具箱 提供 的 图形 化 工 具有 模 糊推 理 系 统 编 辑 器 (Fuzzy)、隶 属 函 数 编 辑 器 (M fedit)、模 糊 规 则 编 辑 器 (Ruledit)、模 糊 规 则 观 察 器 (Ruleview)、 模 糊 推 理 输 入 输 出 曲 面 视 图 (Surfview)等 5类 ．这 5 个 图 形 化 工 具 操 作 简 单 ，相 互 动 态 联 系 ，可 以 同 时 用 来 图 1 模 糊 控 制 系 统 框 图 快 速 构 建 用 户 设 计 的 模 糊 系 统 ． (1)模 糊 化 接 口 ：测 量 输 入 变 量 (设 定 输 入 )和 受 控 (1)FIS编 辑 器 ．通 过 上 节 的 分 析 可 以 知 道 ，系 统 系 统的输 出变量 ，并 把 它们 映 射 到 一个 合 适 的相应 论 设 置 为 3个 输入 1个输 出．3个输 入 分 别改 为 距离 、角 域 的量程 ，然后把 精 确 的输 人 数 据被 变 换 为 适 当 的语 度 1和角度 2，输 出改为 控制 角度 ，这 时 建立 的为 初步 言值 或模糊 集合 的标识 符． 模 糊 推理 的 GUI界 面． (2)知 识 库 ：涉 及 应 用 领 域 和 控 制 目标 的 相 关 知 (2)隶属 度 函数编 辑器．通 过规 则 可 以知 道 ，在这 收稿 日期 ：2008— 10 13 作 者 简 介 ：孟 惠霞 (1960一 )，女 ，河 南 济 源 人 ，讲 师 

中原 工 学 院 学 报 2008年 第 2O卷 里需 要定 义距离 的隶 属 度 函数 类 型 ，这 里选 择 Z型 和 汽 车 的前 轮 和汽车 车轴 的夹角 ．从 上 面 的分 析 可 以看 S型 分别定义 近距 离和 远距离 出汽车有 3个控 制状 态 变量 、Y、声，一 个输 出变 量 ． (3)模糊 规则 编辑器 ．在规 则编辑 器 中产生 已得 到 所 以可 以初步确 定计算 转角 的模型 ．如 图 3所示． 的模糊 推理规 则 ：如果 D是 远 ，则 一 。；如果 D是 近 ， 则 0=0 ． 在 FIS编辑 器 的 File下 选 择 Save to disk as，将 设计 的 FIS保存 到磁 盘 文件 中 ，命 名 为 sltbu，调 用 时 直接 采用 sltbu．fis文件 ． 3 汽 车仿 真 系统 构建 3．1 仿 真 模 型 构 建 在实 际 的倒 车 中 ，当我们 想把 汽车倒人 车库 时 ，首 先要 估算 一下 车位 的位置 和车 的相 对位 置(如左 前方 ， 距离 远近 等)，然 后分 析 判 断 ，确定 一 个 行驶 的路线 进 行倒 车．当确认 汽车 完全 进 入 车 库后 ，倒 车 结束 ．代 替 图 3 汽 车 倒 车 仿 真 模 型 (2)汽车 的停 止模 块．汽 车 的停 止模块 同样采 用 的 人 控后 ，模 糊控 制汽 车倒车 的工作 流程如 图 2所示 ． 是 用户 自定义模 块 中的 Fcn子模块 ． (3)汽车定位 模块 ．汽车定 位模 块主要是 利用 了用 户 自定 义 模 块 中 的 Fcn模 块 来 实 现 距 离 函数 ． 在这 个模型 中，near和 far是 2个 状 态 反 馈 控 制 器 ，它们分 别工作 在 2个 不 同的状态 变量 的时候 ，而模 糊 控制器 在这 里如 同一个搅 拌机使 2个状 态能够平 滑 地控 制．根 据卡 车模 型建 立 的 仿真 模 型 ，如 图 3所示 ． 其 中 ，模 块 Truck kinematics为 方 程 组 表 示 的 汽 车 系 统 模 型 ，并 经 过 了 封 装 ；Fuzzy controller模 块 表 示 的 是 模 糊 控 制 器 ；Animation模 块 作 为 输 出 的 动 画 显 示 模 块 ． 3．2 软 件 编 程 本文 中主要 是编辑结果输 出的动画显 示模块．动 画 的输出与 SIMULINK 仿 真过程 中的时 间设 定有 关．流 程 如图 4所示．MATLAB 定义的 S函数 中 ，主要 用 Flag 控 制 标 签 来 实 现 控 制 ，完 成 仿 真 动 画 的 输 出 ． 4 系 统 的 仿 真 及 性 能 分 析 图 2 汽 车 仿 真 流 程 由此 得 出建 立 汽车 仿 真模 型 需 要 的几 个模 块 ：模 在 这 里 可 以 看 N ／l,车 在 各 个 位 置 开 始 倒 车 时 的 运 糊 控制模 块 、汽车模块 、停 止模块 、动 画显示模 块 、定 位 动轨迹 及能 否顺利 到达车 库．仿 真图形 如图 5、图 6、图 模块 等． 7所 示 ． (1)汽车模 型．可 以根 据汽 车的动力 学方程 构造 汽 车的模 型 ： r 一 一 (v／t)·tgO Jz，一一 ·c。s I 一 ·sinj5 在这 里 ， 为汽 车 的 车轴 和水 平 方 向 的夹 角 ，0为 通 过仿 真实验 可 以发 现 ，汽 车距离 远 、近都 可 以顺 利地 到达车 库．模糊 控 制 汽车 倒 车 具有 汽 车行 驶 轨迹 呈 光 滑的弧状 、控制 良好 的效果 ．这说 明模糊控 制汽车 倒 车是 可行 的 ，成 功地解决 了倒 车后 视不 良的问题 ，相 对 于人控有 着很 大的优 越性． 

第 l期 孟 惠 霞 等 ：基 于 MATLAB的 模 糊 控 制 汽 车 倒 车 仿 真 系 统 · 77 · l初始化 J — ： ：： ／ 模 型 更 新 l 模 型 输 出 l (代数循环解析) — — 模 型 输 H{ — — 一 模型微分 厂- l — — 模 型 输 出 — — __1 模型过零 l I nCfH5：时『日J+步K l ~ _ ile I也 t l{t l trt Ioo】{ glndow 抽 题 ‘ ．量 积 分 譬 0■ 赫《 露 譬 ≯ 两 确 ≯ 薅 誊鏊0譬寒睁攀 (最 d,n~i司 ) 图 6 远 距 离 汽 车 顺 利 倒 车 轨 迹 h ld1t vi et s·rt l0口li Ijnb★ dp 图 4 仿真 动 画 的输 出流 程 氟 Zilt l t 11 e n| t IoolI !l Help 毯。 旨f 赣确 隧 孥≯ 0毒 ≮ 峨豢誊 ■? { a l 罐 图 7 水 平 方 向距 离 车 位 较 远 时 倒 车 轨 迹 结 语 l §|i婶 誊 |一 l晦 _ _■ ＼ h 净 | 磐鬻l目 《| 《 秀§＼＼＼ | 、 l1 _ 通 过 汽 车 倒 车 仿 真 系 统 的 系 统 设 计 ，验 证 了模 糊 控制 汽车倒 车是 可行 的．模 糊 控 制 自动倒 车 系 统 具有 图 5 近 距 离 时 汽 车 顺 利 倒 车 轨 迹 倒 车准 确 、鲁 棒性 强 的优点 ，这是 传统 的控 制方法 所不 具备 的 ，具有 一定 的应 用价 值． 参 考 文 献 ： [1] 吴小 莉 ，林 哲辉 ．MATLAB辅 助 模 糊 系统 设 计 [M]．西安 ：西 安 电子 科 技 大 学 出版 社 ，2002． [2] 楼 天 顺 ，胡 昌华．基 于 MATLAB 的 系统 分 析 与设 计 —— 模 糊 系统 [M]．西 安 ：西 安 电子 科 技 大 学 出版 社 ，2003 [3] 王 正 林 ，王胜 开 ．MATI AB／Simulink与控 制 系 统仿 真I-M]．北 京 ：电子 工 业 出版 社 ，2005． 

· 78 · 中原 工 学 院 学 报 2008年 第 2O卷 The Sim ulation System of Backing Truck Based on M ATLAB Fuzzy Control MENG Hui—xia。GENG J un—mei (Jiyuan Vocational and Technical College，Jiyuan 454650，China) Abstract： This paper studies the back truck system based on M ATLAB fuzzy contro1．Though the simu— lation result using SIM U LIN K ，w hich is integrated sim ulated environm ent，It is found that，controlled by fuzzy logic controller，the truck can back rightly，and having a glossy trace． So the conclusion is obtained：fuzzy logic control is better than the traditional control，fuzzy logic control is w orthy of studying and applying in our life． K ey words： M A TLA B backing； fuzzy logic control；sim ulation system ；G U I interface (上 接 第 70页 ) [2] 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． [3] 李 白男．伪 随机 信 号及 相 关 辨 识 [M]．北 京 ：科 学 出版 社 ，1987． [4] 扶 碧 波 ，樊 锐．虚 拟 仪 器 软 件 开 发 方 法 的研 究F-j]．化 工 自动 化及 仪 表 ，2002(3)：42—45． [5] 倪 博 溢 ．基 于 LabVIEw 的辨 识 仿 真 实 验 平 台[J]．计 算 机 仿 真 ，2006(5)：264—268． [6] 刘 碉 ，宗 哲 玲 ，田立 国．基 于 LabVIEW 的控 制 系 统 时域 仿 真 研 究[J]．微 计 算机 信 息 ，2007(19)：97— 99 [7] 阮 沈 勇 ，王 永 利 ，桑 群 芳．MATLAB程 序 设 计 EM]．北 京 ：电 子工 业 出版 社 ，2004． The Design of First—order System Identification Sim ulation Instrum ent Based on LabVIEW (East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China) XIE San m ao Abstract：This identification sim ulation instrum ent is used for first order system identification． T he system which is identificated is produced by the sim ulation instrum ent S interior part，and the user can designate system through the establishm ent of tim e—constant and the cocurrent enlargem ent factor．It uses M A T LA B Script by LabVIEW and realizes system identification to carry on M A TLA B program e．T he identification result is the graphical—display and non—param eter m odel：Pulse response sequence g(是)and amplitude—frequency characteris— tic G (叫 )． K ey words： first order system ；labVIEW ；system identification；sixdm ulation