1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 侯亚星学 号：10050444X03学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 自动化设 计 题 目 ： 基于 MATLAB 的采样控制系统仿真研究指 导 教 师 : 林都2014 年 2 月 14 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一模糊控制的产生和发展1965 年美国加利福尼亚大学著名的控制论专家 L.A.Zadeh 在深入探索和研究“大系统”、 “模糊性” 、 “计算机”和“人脑思维”间的关系后，从数学与人脑思维的分离处入手，结果发现
2、Contor 所创造的集合论实质上是剔除了模糊性而抽象出来的数学概念，是把思维过程绝对华。从而达到精确和严格的目的。为此他将模糊性和数学统一起来，并且不是让数学放弃其严格性去迁就模糊性，而是让数学回过头来吸取人脑对于模糊现象认识和推理中的优点，与 1965 年在杂志上发表第一篇开创性经典论文“Fuzzy Sets” 。这标志着模糊数学的正式诞生。模糊数学在工业生产控制中的应用要晚十年，突破性的工作当首推英国剑桥的 E.H.Mamdani,他于 1974 年首次应用模糊控制器实现了对蒸汽机的控制，并获得了比传统控制更好的效果。 近年来模糊控制的发展异常迅速.目前，模糊控制技术已在各个领域获得大量
3、应用，特别在工业过程控制、航空、冶金、石油化工、动力设施、交通运输和机器人方面的成果尤为明显。模糊控制技术的应用对日常生活用具方面也产生重大影响，包括模糊全自动洗衣机，模糊电饭煲等家电产品。但从整体上看，正如德国的一位模糊逻辑权威指出的那样，模糊理论潜藏的巨大潜力实际上存在与各种工业过程控制、机器人以及专家系统中，因此还远未挖掘出来，随着社会的不断向前发展，人类实践活动的不断深入，可以预见模糊控制的应用将会越来越广泛。二模糊技术在汽车工业的研究与应用 自汽车问世的百年间，汽车的发展就始终伴以“自动” 、 “代替人的工作”等字眼，它承载着最新的科学发明，不断地装备和更新着它的自动化和代替人的工作
4、的功能。由于计算机技术和模糊逻辑的发展和广泛应用，人们正在用模糊逻辑帮助计算机模拟人思维过程和语言过程中所固有的模糊性和不确定性。让计算机所赋予的是处在“0” 、“1”之间的某些数值，从而使各种计算机控制的机器运行起来更为准确、有效、符合人们的要求。1987 年，日本的山川烈教授运用模糊技术控制的计算机使一根小棒直立不动，标志着模糊技术已步入实际应用阶段。汽车工业在其发展过程中所日益显示的对于高新技术的可溶性和电子化趋势，使得模糊技术颇受各国汽车公司和厂商的高度重视，并由此掀起了一股模糊技术用于汽车的热潮。列入在汽车的防抱死刹车系统、发动机控制、变速控制、有源车身弹性缓冲系统及巡航控制系统中运
5、用模糊技术都收到了显著的效果。模糊控制在汽车上的应用已经较为广泛，但是应用与倒车系统还是近年来才被人们所关注的，并将防撞和智能化作为发展方向。一种较为先进的技术是由车内的环境识别系统识别处道路状况，测量车与障碍物的相对位置和相对速度，然后利用相应的智能软件根据所取得的信息计算出最佳的行驶方案，并通过显示系统告知驾驶员。另一种是为汽车装上倒车雷达，以声音或者更直观的显示告知驾驶员后方情况帮助驾驶员扫除视野死角，提高了倒车的安全性和准确性，但是倒车依然依赖驾驶员的驾驶技术。今天的这个题目是将超声波测距仪和模糊控制相结合，通过倒车雷达接收到的信息经过模糊逻辑推理得出一个较好的解决方案，反馈给驾驶员。
6、三计算机仿真1.概述仿真是以相似性原理，控制论，信息技术及相关领域的有关知识为基础。以计算机和各种专用物理设备为工具，借助系统模型对真实系统进行试验研究的一门综合性技术。它利用物理或数学方法来建立模型，类比模拟实现过程或建立假象系统，以寻求过程的规律，研究系统的动态特性，从而达到认识和改进实际系统的目的。相似性原理是仿真的主要理论依据。相似，是指各类事物或对象间存在的某些共性。相似性是客观世界的一种普遍现象，它反映了客观世界不同事物之间存在着某些共同的规律。采用相似性技术建立实际系统的相似模型就是仿真的本质过程。2.仿真算法和仿真软件在系统的数学模型建立后，需要将其转变成能够在计算机上运行的仿
7、真模型，由于计算机只能进行离散的数值运算，因而必须推导出连续系统的递推数学公式，如解微分方程的龙格库塔算法。这实际上属于数值计算的内容，其发展已经相当完善了。这就是计算机仿真算法的设计，即把数学模型转化为能在计算机上运行的仿真模型。仿真软件是一类面向仿真用途的专用软件，它可能是面向通用的仿真，也可能是面向某个领域的仿真。它的功能可以概括为一下几点：（1） 为仿真提供算法支持。（2） 模型描述，用来建立计算机仿真模型。（3） 仿真实验的执行和控制。（4） 仿真数据的显示，记录和分析。（5） 对模型，实验数据，文档资料和其它仿真信息的存储，检索和管理。3.Matlab+Simulink 简介Mat
8、lab 是由 MathWorks 公司于 1984 年推出的一套数值计算软件，分为总包和若干个工具箱，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。他将不同数学分支的算法以函数的形式分类成库，使用时直接调用这些函数并赋予实际参数就可以解决问题，快速而准确。该软件有简单易学、代码短小高效、计算功能强大、强大的图形表达功能、可扩展性。Simulink 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。使用 Simulink 来建模分析和仿真各种动态系统（包括连续系统，离散系统和混合系统） ，将是一件非常轻松的事情。它提供了一种图形化的
9、交互环境，只需用鼠标拖动的方法便能迅速地建立起系统框图模型，甚至不需要编写一行代码。它和 Matlab 的无缝结合使得用户可以利用Matlab 丰富的资源，建立仿真模型，监控仿真过程，分析仿真结果。参考文献：1韩峻峰，李玉惠. 模糊控制技术.重庆：重庆大学出版社，20032汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与控制技术.北京：清华大学出版社，20023汤兵勇. 模糊模型的辨识及应用.北京：中国环境科学出版社，19943贺仲雄.模糊数学及其应用.天津：天津科学技术出版社，19834应浩.关于模糊控制理论与应用的若干问题.自动化学报，2001.27（4）5章卫国，杨向忠.模糊控制理论与应用.西安：
10、西北工业大学出版社，19996诸静.模糊控制理论与系统原理.北京：机械工业出版社，20057余永权.模糊控制技术与模糊家用电器.北京：航空航天大学出版社，20008刘开梅.超越人工驾驶的自动驾驶系统.创新科技，2001，6（6）：21229王立新.模糊系统与模糊控制教程.北京：清华大学出版社，200310冯冬青.模糊智能控制.北京：化学工业出版社，200011韦巍.智能控制技术.北京 ：机械工业出版社，199912张晋格.计算机控制原理与应用.北京：电子工业出版社，199513冯冬青，谢宋和.模糊智能控制.北京：化学工业出版社，199814窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用.北京：北京航空航天大
11、学出版社，199515何平,王鸿绪.模糊控制器的设计及应用.北京：科学出版，1997毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一系统组成 用模糊控制技术控制汽车倒车的过程实际上可以是由三个基本模块组成的一个系统：超声波测距模块、模糊推理模块、显示输出模块。三个系统之间的结构关系如下图：各模块的具体功能如下： 超声波测距模块：由超声波探测仪测得汽车与车库之间的一组距离值，并传递给单片机。模糊控制模块： 根据所得到的一组距离值得出汽车与障碍物的相对位置相对速度，经过模糊推理向驾驶员发出合理的倒车指示。 显示模块：根据模糊控制系统的输出完成显示及报警功能。二汽
12、车倒车的一般情况驾驶员要将车倒入车位首先要目测车位的宽度、长度，是否有障碍物，与旁边障碍物的距离等然后根据经验将车倒入车位。倒车时通常是以怠速为主，以便及时地修正车身。每辆车的参照点不一样，打方向的时机就会不一样。有时要沿路肩直线停车，经常要倒入已停好的两车之间的位置，倒入时要注意与相邻车的横向距离。由此可以看出倒车时的关键信息为车和停车位的相对位置，包括相对方向和距离。根据经验试采集五个点的相对位置，分别是：车左侧中部、车左侧尾部、车右侧中部、车右侧尾部、车尾中部。简称为 1、2、3、4、5 点左侧两个点和右侧两个点用来衡量车身是否摆正，有没有侧偏。车尾中点用来衡量车是否已入底库。倒车时当障
13、碍物在左边用1、2 点和 5 点来判断倒车位置；当障碍物在右边时用 3、4、5 点来判断倒车位置辅助倒超声波测距 模糊推理 显示输出车。因此根据经验用这五个点的数据就能及时调整倒车的方向和位置，确保倒车的准确性。三 采集数据信息信息采集点的位置即为以上的五个点，也是超声波探头安装的位置。超声波探头通过发射和回收超声波测得 5 个点距离障碍物的距离。分别称为 d1,d2,d3,d4,d5。然后将数据送入单片机进行处理。在单片机检测到右侧一定距离内没有障碍物时则将左侧和尾部数据送入模糊控制器进行处理。如果检测到左侧一定距离内没有障碍物时就将右侧和尾部采集的数据进行处理送入模糊控制器。如果检测到左右
14、两边都没有障碍物则将尾部采集到的数据送入模糊控制器。如果左右两侧都有障碍物就将五个点的数据全部送入模糊控制器。四模糊控制器的设计1.输入变量：汽车倒车时主要是通过控制方向盘来控制汽车倒车。倒车是否倒好主要看车身是否平行于停车线，而且车身摆正；车尾与底库的距离是否足够小。 （取车右侧没有障碍物的情况）因此可以用 d1-d2 来衡量车身是否平行于障碍物，再用 d2 来表示距离障碍物的距离。故共设两个输入变量：x1=d1-d2;x2=d2。2. 输出变量：汽车车轮转向角度。 3. 编辑模糊规则及隶属度函数：模糊控制规则采用“ifand,then”形式的。依据实际经验数据编写处模糊规则表。选用三角形隶
15、属度函数，在规则编辑器中输入隶属度函数。4. 设计模糊控制器的控制规则：根据输入变量个数选用动态性能较好的二维模糊控制器。5.算法结构：模糊推理选用最常用，也比较简单的一种方法 Mamdiani 方法。解模糊采用重心法。五 设计输出模块选用 LCD 显示器作为输出显示器。六 对整个系统进行仿真，在 Simulink 工具箱中结合模糊逻辑工具箱进行整个系统的仿真，并对仿真结果进行分析，根据仿真结果再对体统结构及参数进行修改以达到更好仿真效果。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：所查阅的资料涵盖了毕业设计的主要内容，对毕业设计的任务理解正确。方案中采用的技术路线合理，方法可行，同意继续进行毕业设计工作。指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日
