基于分数阶ＰＩＤ控制器的智能车控制

2012年03月15日14:33:55 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

吴振宇，赵　亮，冯　林
大连理工大学创新实验学院，辽宁大连

摘　　　要：针对智能车高速行驶下对目标轨迹的快速跟踪要求，结合预瞄跟随理论设计了分数阶ＰＩＤ控制器（ＦＯＰＩＤ）。分数阶ＰＩＤ比传统ＰＩＤ控制器多两个参数自由度，所以在设计过程中有更大的灵活性。利用改进Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ数字实现算法，框图化实现分数阶ＰＩＤ控制器，通过遗传算法对ＩＡＥ性能指标寻优整定ＦＯＣ参数并应用于智能车被控系统。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真结果表明，对智能车系统，分数阶ＰＩＤ控制器具有比传统ＰＩＤ控制器更好的动态性能。并且，分数阶ＰＩＤ控制器具有更强的鲁棒性，当模型参数发生变化时，能够更好地保证系统稳定性。通过对比传统ＰＩＤ控制器和分数阶ＰＩＤ控制器的数字实现，证明了分数阶ＰＩＤ控制器在过程控制中的可操作性。

关　键　词：预瞄跟随；智能车；分数阶ＰＩＤ

１　引　言
智能车是许多高新技术综合集成的载体，早期的控制方法为传统ＰＩＤ控制及预瞄跟随理论［１２］。虽然预瞄跟随在理论研究上和模拟仿真上都能取得良好的效果，对于人－车－路闭环模型的研究起到了很大的推动作用。然而智能车竞赛不但车速较快，而且目标轨迹急剧变化，在应用过程中，模型也会受到其他诸多因素的影响，在系统描述上产生误差。所以单纯的预瞄跟随理论并不是研究智能车的理想方法。传统ＰＩＤ由于结构简单，控制效果及稳定性好，在工业控制中得到广泛应用，但是随着智能车的发展，在高速情况下要求快速跟踪目标轨迹，传统ＰＩＤ的控制效果也并不理想。分数阶ＰＩＤ控制［３］将传统ＰＩＤ控制扩展到了分数阶领域，比传统ＰＩＤ控制器多２个自由度，积分和微分项的阶次，因而它具有更大的调节范围，具有比传统ＰＩＤ更好的控制品质及更强的鲁棒性。目前分数阶ＰＩＤ数字实现算法及参数整定方法均有所发展，数字实现算法中Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ及其改进算法［４５］近似效果更好，参数整定中遗传算法［６］更适用于非线性、不具有精确传递函数的被控系统。本文将分数阶ＰＩＤ控制与预瞄跟随理论结合，利用预瞄跟随理论获得智能车简化模型，分数阶ＰＩＤ控制器改进在高速情况下的智能车的跟踪品质。基于改进Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ数字实现算法框图化实现［７］分数阶ＰＩＤ控制器，并使用遗传算法结合ＩＡＥ性能指标［８］寻优整定分数阶ＰＩＤ参数，较终与传统ＰＩＤ控制效果进行仿真比较。

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